автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Химическое пучение грунтов в основании сооружений

ГОССТРОЯ РОССИИ )РДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, РОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЯ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени К М. ГЕРСЕВАНОВА

ХИМИЧЕСКОЕ ПУЧЕНИЕ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ СООРУШШЯ

05.23. 02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

т—04

~ ч ¡-¡¿л ¡^

На правах .рукописи

Мальцев Андрей Валентинович

Москва - 1993

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-изыскательском и конструк-торско-технологическом институте оснований и подземных сооружений имени Н. М. Герсеванова.

Научный руководитель - кандидат технических наук Грачёв Юрий Алексеевич

Научный консультант - доктор технических наук

Соколович Владимир Еыельянович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Сорочан Евгений Андреевич

кандидат технических наук Белевитина Нага Шавартавна

Ведущее предприятие - АО "Гвдрослецстрой"

•• сУ "оекаор£_1993 г. в

оо

Зашита состоится " ^ " г. в ¿О часов

на заседании спедиализировагаого совета К 033. 06.01 в научно-исследовательском, проектно-изыскательском и конструкторско-технологичеоком институте оснований и подземных сооружений имени К М. Герсеванова по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., 6 (проезд до станции метро "Рязанский проспект", далее автобусами. N 29, 143, 169 или троллейбусом N 63 до остановки "Институт бетона").

С диссертацией можно ознакомиться в совете института.

Автореферат разослан

^ Р^^о? 1993 г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

В. П. Петрухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Практика эксплуатации промышленных предприятий, >собенно химических, нефтеперерабатывающих и цветной металлургии, ¡вязанных с получением, применением и хранением кислот и щелочей, . доказала, что существенный процент их производственных сооружений в сечение 10-15 лет приходит в негодность. Многие здания находятся позой в аварийном состоянии по причине развития значительных, а иногда л предельнодопустимых деформаций их фундаментных и надфундаментных конструкций.. Обследованием большого числа вышеназванных производств установлено,- что вследствие аварийного замачивания в основания сооружений попадают агрессивные растворы различных концентраций: от сильноразбавленных'(стоки отработанных промышленных вод) до концентрированных (утечки продуктов производства), под воздействием которых грунты заметно изменяют свои свойства. Так, при взаимодействии грунтовых минералов с растворами кислот и щелочей в результате физико-химических процессов и обменных реакций происходит увеличение объёма грунтов. Это явление получило название "химическое пучение". Оно наблюдается на целом ряде объектов как за рубежом, так и в нашей стране, в том числе в Поволжье, Башкирии, на Урале и т.д.

Поскольку полностью исключить возможность инфильтрации промышленных утечек и отходов на предприятиях с кислотной или щелочной технологией практически невозможно, возникла потребность изучения влияния агрессивных растворов на химико-минералогический состав' и физико-механические свойства грунтов оснований. К сожалению, имеющиеся в настоящее время сведения в литературе, по данному вопросу в большинстве своём противоречивы. Единого и общепринятого понимания процесса взаимодействия химических растворов с грунтами не существует. В связи с этим исследования в упомянутой области, на наш взгляд, представляют несомненный интерес и являются актуальной научной проблемой, решению которой и посвящена предлагаемая расота.

Цель - изучение физико-химической сущности химического пучения грунтов и влияния кислот и щелочей на различные типы грунтов в зависимости от их химико-минералогического состава, вида и концентрации агрессивных растворов, характера замачивания. Это позволяет делать прогноз поведения оснований сооружений в условиях их аварийного замачивания, а также давать рекомендации по.учёту химического.пучения грунтов при проектировании, . строительстве и эксплуатации объектов, связанных с кислотной или щелочной технологией.

В соответствии с этим в работе решаются следующие задачи: выявление сущности физико-химических процессов взаимодействия кислот и щелочей с песчаными и глинистыми грунтами;

разработка методики и лабораторные исследования химического пучения различных грунтов под воздействием нескольких видов агрессивных растворов;

анализ примеров химического пучения грунтов в основаниях сооружений реальных промышленных объектов;

определение возможного подъёма поверхности (фундамента) при химическом пучении грунтов оснований.

Научная новизна. Впервые в практике исследования грунтов, замачиваемых агрессивными растворами:

рассматриваются принципы физико-химического взаимодействия различных типов грунтов с кислотами и щелочами; даётся теоретическое обоснование сущности химического пучения грунтов;

разработана методика комплексной оценки химического пучения; в качестве объектов исследования используются несколько типов грунтов и видов растворов, существенно отличающихся друг от друга своими свойствами и характером взаимодействия; применяются различные схемы замачивания;

предложены методика прогноза поведения грунтов в основаниях сооружений при химическом пучении, а также алгоритм и программа расчёта подъёма поверхности (фундамента) на ПЭВМ;

составлены рекомендации по учёту химического пучения грунтов оснований в условиях их возможного аварийного замачивания агрессивными растворами при проектировании сооружений промышленных объектов, связанных с производством, применением и хранением кислот и щелочей.

Практическое значение. Разработаны методика и рекомендации по лабораторным исследованиям химического пучения грунтов.

Получены экспериментальные зависимости химического пучения различных типов грунтов от воздействия нескольких видов агрессивных растворов, наиболее часто встречающихся в технологическом процессе ряда промышленных производств.

Проведенные исследования позволяют делать прогноз поведения оснований в результате их аварийного замачивания кислотами или щелочами, давать рекомендации по учёту химического пучения грунтов при новом строительстве и эксплуатации существующих объектов, а также выбору оптимального варианта мероприятий для предотвращения возможной аварии, связанной с инфильтрацией агрессивных растворов.

Внедрение. Результаты диссертационной работы использовались в качестве рекомендаций при проектировании ряда объектов Самарской области (НПЦ "Ренессанс", г.Самара), нашли применение в дипломном и хоздоговорном проектировании на кафедре оснований и фундаментов Самарского архитектурно-строительного института, вошли в состав министерских ■рекомендаций по защите подземных сооружений от агрессивного воздействия и охране окружающей среды (институт ПроектХимзащи-та, г. Москва), легли в основу рекомендаций по проектированию оснований сооружений, содержащих дополнительные требования к СНиПу (НИИОСП имени Н. М. Герсеванова, г. Москва).

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях (НТК):

46,47,49 и 50-й НТК по итогам НИР Самарского архитектурно-строительного института (г.Самара, 1989,1990,1992 и 1993 гг.);

молодых специалистов "Молодые ученые - сельскому строительству" в ЦНИИЭПсельстрое (г. Апрелевка, 1990 г.);

региональной НТК "Геотехника Поволжья-У" (г. Тольятти, 1992 г.); XXVII НТК по итогам НИР Пензенского инженерно-строительного института (г. Пенза, 1993 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ общим объёмом 5,6 п. л..

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации: научное обоснование процессов физико-химического взаимодействия кислот и щелочей с грунтовыми минералами и сущности химического пучения различных типов, грунтов;

методика и результаты экспериментальных исследований по изучению химического пучения грунтов;

методика прогноза поведения оснований сооружений в условиях их возможного аварийного замачивания агрессивными растворами и рекомендации по учёту химического пучения грунтов оснований при проектировании, строительстве и эксплуатации промышленных объектов, связанных с производством, применением и хранением кислот и щелочей.

Структура и объёч роботы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы, приложения и содержит 256 страниц машинописного текста, 81 рисунок, 19 таблиц, 225 наименований литературных источников, 7 из которых на английском языке, 18 страниц приложения. С целью более удобного построения настоящей работы обзор литературного материала излагается по главам.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации, сформулирована, цель работы-, определены задачи исследования и круг • рассматриваемых вопросов, отмечены научная новизна и практическое значение, изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой "главе дан краткий обЗор современного представления с процессах набухания и набухающих грунтах.

На свойства грунтов существенное влияние оказывает активност] взаимодействия поровой воды с твердой фазой грунта, т. е. состоянш системы "грунт - вода". При смачивании грунта водой может имет1 место, в результате образования гидратных оболочек вокруг минеральных частиц,- увеличение его объёма - набухание. Пески и супеси, ] основном, не проявляют набухающих свойств. Глинистые грунты при замачивании водой способны набухать и иногда довольно значительно. Степень их набухания зависит от целого ряда внешних и внутренне факторов. Исследованиям процессов, происходящих в грунтах при их замачивании водой, посвящены труды А. А. Ананяна, С. К Арбузовой, Р. Е. Грим, А. В. Думанского, Р. И. Элочевской, П. П. Лазарева, А.Ф.Лебедева, Ф. Д. Овчаренкф, В. А. Приклонского, Ц. М. Райтбурда, П. А. Ребиндера,

A. А. Роде, Е. М. Сергеева, В. В. Охотина, В.С.Шарова.

Изучением поведения глинистых грунтов при набухании, закономерностей деформирования и математическим моделированием напряженно-деформированного состояния набухающих грунтов занимались - многие отечественные и зарубежные ученые: Е. А. Дёмина, Ю. К Зарецкий, А. А. Зем-лянский, Г. Я Карапетов, Ю. Ф. Кривоносов, М. С. Ким, С. Л. Лапицкий, Н. Р. Мэргенштерн, Д. В. Муррей, А. А. Мустафаев, А. Л. Невзоров, Б. Ричарде,

B. В. Рощин, В. М. Рыжков, Е. М. Рыжков, В. С. Сажин, Р. С. Санду, Е. А. Соро-чан, 3. Г. Тер-Мартиросян, С. Т. Хванг, К А. Цытович и др.

Современное математическое моделирование процессов набуханш основывается на различных теориях влагопереноса, которые представлены . в трудах В. Гарднера, А. Л Глобуса, Б. В. Дерягина, В. П. Дьяконова, Н. В. Козубова, ¿>. Е. Колясева, А. Ф. Лебедева, А. В. Лыкова, А. А. Мустафае-ва, С. В. Нерпина, Б. Ричардеа, А. А. Роде, Р. Скофильда, Е. А. Сорочана, И. И. Судницы.ча, Д. Филиппа. Однако, несмотря на определенные достижения, до настоящего времени теория, удовлетворительно объясняюща1 сложнейшую природу набухан.чя глинистых грунтов, окончательно не разработана. Недостаточно изучены вопросы взаимодействия многочисленных факторов при набухай::;!.

Набухающие свойства в грунтах могут проявляться и под воз-(ействием различных электролитов - солей, кислот, щелочей. Как покакают исследования 3. Л. Борисовой, Э. А.,Бороховской. Ю.Ф. Дейнеги, 1 И. Дивисиловой, Л К. Згадзай, А. А. Комзиной, А. С. Коржуева, С. С. Морозова, Е. Ф. Мосьякова, К С. Шарова, набухание в этом случае зависит от химического состава и концентрации замачивающего раствора, величины рН среды, вида и степени диссоциации электролита, химико-минералогического состава и обменной способности грунта и т. п.

Ф. Е. Волковым, И. М. Талант, В. Е. Соколовичем, Е. А. Сорочаном установлено, что характерная особенность набухания глинистых грунтов в растворах кислот и щелочей - значительный прирост величины набухания в агрессивных средах по сравнению с аналогичным процессом в грунтах, замоченных водой. При этом увеличение объёма грунта обусловлено не ' только возрастанием влажности в результате межчастичного и внутрикристаллического набухания, но и появлением новообразований в поровом пространстве грунта от взаимодействия его минералов с раствором кислоты или щелочи. Эти новообразования в виде гелей и нерастворимых осадков сами значительно увеличивают объём грунта и являются дополнительными адсорбционными центрами для присоединения воды, поэтому процесс набухания грунтов под воздействием агрессивных растворов, в отличие от обычного набухания, был назван Е. А. Сорочаном "химическим набуханием". Поскольку химическое набухание свойственно как глинистым, так и песчаным грунтам и чтобы подчеркнуть важную роль образования в их межчастичном пространстве нерастворимых осадков и тзердых веществ, изменявших объём грунта, В. Е. Соколовичем был введен термин "химическое пучение", которого мы и будем придерживаться в данной работе.

Кинетика набухания грунтов в воде и в химических растворах различна, однако на основании подробного изучения работ ведущих специалистов в области фундаментостроения (Ю.М.Абелев, В. П. Ананьев, И. С. Башинджагян, В. М. Бойм, Э. С. Буров, Я Д. Гильман, И. М. Горькова, Б. И. Далматов, А.И.Данилов, Е.Я.Денисов, Е М. Дорошкевич, С. а Егоров, Е. II Емельянова, Г. А. Заговора, Р. С. Зиангиров, С. Р. Месчан, Я. С. Мет ере кий, А. А. Мустафаев, Л. В. Передельский, Ж. В. Рогаткина, Е. А. Соро-чан, К Г. Чунихин, К. Ш. Шадунц и др.) и собственных исследований автором сделан вывод о том, что явления химического пучения и набухания им;ют много общего по своей природе и конечному результату.

Основные принципы физико-химического взаимодействия агрессивных растворов с глинистыми грунтами становятся понятными при рассмотрении вопроса о химическом закреплении глинистых грунтов кислотами и

щелочами. Исследованиями в этой • области занимались Ю. М. Абелев, П. П. Будников, И. Б. Вебер, Р. М. Вильяме, Ф.Е.Волков, JL А. Евдокимова, М. R Ибрагимов, В. М. Кнатько, А. Ксирихи, А. С. Майклз, Б. А. Ргканицын, К. В. Рэндольф, В. В. Семкин, 3. Е. Соколович, М. ХигероЕНЧ, В. С. Шаров к др. Как показывают работы В. Е. Соколовича, сущность данного процессе основана на реакции разложения глинистых минералов.

Вторая гшаа посвящена изучению процессов, объясняющих сущность химического пучения грунтов при замачивании их агрессивными растворами. Исследованиями автора установлено, что взаимодействие кислот к щелочей с различными грунтами имеет свои особенности.

Основания сооружений, сложенные песчаными грунтами, в большинстве своём не , склонны к химическому пучению. Это объясняется тем, что основной минеральной оставляющей песков являются минераль первичной стадии образования (группы кремнезёма), обладающие хорошими защитными свойствами по отношению к внешнему воздействию. Они будут слабо взаимодействовать с агрессивными растворами, поэтому песчаные грунты достаточно инертны к кислотам и щелочам и плохо реагируют с ними. При замачивании песчаного грунта одним агрессивные раствором и отсутствии в поровом пространстве грунта каких-либс растворённых веществ химическое пучение не происходит.

Химическое пучение песчаных оснований имеет место, в основном, по причине появления новообразований значительного объёма в резуль-аате взаимодействия кислот или щелочей с содержащимися в поровой воде химическими веществами. Идёт образование нерастворимых продуктов реакций, объём которых превышает объём вступающих в реакцию веществ. Такой же эффект наблюдается при одновременном или последовательной замачивании песков различными химическими растворами, дающими нерастворимые продукты реакций повышенного объёма.

Химическое пучение характерно для оснований, сложенных глинистыми грунтами. Основу большинства этих грунтов составляют минералы, сформировавшиеся на второй и третьей стадиях образования и представляющие собой различные алюмосиликаты, активные по отношению к агрессивной среде.

При взаимодействии кислот или щелочей с глинистыми грунтами

происходит разрушение алюмосиликатного ядоа глинистых минералов с

3+

выходом из решетки иона алюминия Al . Кислотное воздействие на грунт сопровождается связыванием иона А13+ анионом кислоты и деполимеризацией кремневой кислоты. По мере постепенной нейтрализации замачивающего раствора в ходе реакции и при достижении рН среды значения более 3 начинается поликонденсация кремневой кислоты с образова-

нием сильно обводнённого кислого геля, который адсорбируется на поверхности минеральных частиц:

А1а03*23Юэ*2На0

каолинит

ЗН^

серная кислота

А1а(30А)3 + гН^Ш/, +

ортокремневая кислота

НаО

нз310а + нао

метакремневая кислота

В результате обработки глины щёлочью появляются алюминаты, которые, вступая во взаимодействие с кремневой кислотой щелочного геля, образуют сильно обводнённый алюмосиликатный гель. В ходе реакции при уменьшении рН раствора до 5 происходит разложение алюмината натрия и выпадение осадка гидроокиси алюминия А1(0Н)3 . На поверхности . последнего осаждаются полианионы кремневой кислоты:

А1а05*23Ша*2На0 + БНаОН ■

каолинит едкий натр алюминат натрия

2ЫаА10а*5На0

силикат натрия,

сильно обводнённый'алюмосиликатный

-гель

НаА10а +

НА103 +

НаОН + НА102

метаалюминиевая кислота

2НА10а + 2НаО — А1а05*ЗНа0 \

гидроаргиллит

А1(ОН)3 |

гидроокись алюминия

т*А1(0Н)3 + п*ЗШ5*аг —^ш*А1С0Н)з*п*310а*аБ

полианионы кремневой кислоты, адсорбированные на поверхности гидроокиси алюминия

Образование в грунте геля кремневой кислоты, который адсорбируется на поверхности грунтовых частиц и нерастворимых осадков, приводит к увеличению объёма грунта, т. е. химическому пучению.

При замачивании агрессивными растворами карбонатных, сульфатных и особенно лёссовых глинистых грунтов во взаимодействие с кислотами

+

и щелочами вступают имеющиеся в этих грунтах гипс, известь или поглощающий комплекс лёссовых грунтов. Б результате обменных реакций образуются малорастворимые продукты или выпадает в осадок твердая фаза гидроокиси кальция Са(0Н)2, способная на своей развитой поверхности адсорбировать полианионы кремневой кислоты. Однако наличие в грунтах сульфатов и карбонатов в данном случае играет второстепеннук роль, хотя соли кальция могут давать дополнительный прирост химического пучения за счёт появления нерастворимых продуктов реакций повышенного объёма.

В период эксплуатации промышленных предприятий возможно попадание в грунты оснований не одного, а'нескольких различных агрессивных растворов: одновременное или последовательное замачивание. Если замачивающие растворы оказывают друг на друга нейтрализующее действие (кислота - щёлочь, щёлочь - кислота), то тогда будет иметь месте искусственная нейтрализация раствора первичного замачивания.

В постановке наших исследований наибольший интерес представляет последовательное замачивание с кратковременным перерывом. В эток случае вторичное воздействие нейтрализующим раствором в достаточно короткий срок может дать значительный дополнительный прирост химического пучения грунта, внутренние химические процессы которого ещё не стабилизировались, за счёт последующей активизации его минеральной части и образования новых нерастворимых продуктов реакций. Кроме того, данная схема замачивания позволяет с определённой достоверностью .моделировать длительный процесс естественной нейтрализацго агрессивного химического раствора порового пространства грунта в течение достаточно малого промежутка времени, что существенно сокращает сроки проведения эксперимента, выявляя при этом внутренние потенциальные возможности грунта к химическому пучению в условиях нейтрализации замачивания.

В третьей главе представлены результаты исследований по разработке методики лабораторных испытаний грунтов при химическом пученш в условиях их агрессивного замачивания. Основная цель - изучение влияния кислот и щелочей на грунты оснований в зависимости от их химико-минералогического состава, вида и концентрации замачивающегс раствора, характера замачивания.

В качестве, объектов исследования были выбраны различные типь песчаных и глинистых грунтов и наиболее широко распространённые• ; часто используемые в производстве агрессивные химические растворы:

мелкий люберецкий песок ( Лл), купавнинский песок средней крупности (Кп), загорский суглинок (Зс), волгодонский лёссовидный сугли-

юк (Вс), кудиновская каолинитовая. глина. (Кг), махарадзовская бенто-штовая глина (Мб);

соляная кислота-HCl, .серная кислота HaS04, азотная кислота НН03, зртофосфорная кислота Н3РО^, гидроокись натрия НаОН.

Стандартными испытаниями, согласно существующим методикам и рекомендациям, в лаборатории были определены физико-механические свойства и химико-минералогические характеристики рассматриваемых грунтов, основные из которых приведены в табл 1. Все исследования велись на образцах нарушенной структуры. Химические растворы использовались двух концентраций - 1Н и 21L

Для лабораторного исследования1 разработана оригинальная методика комплексной оценки химического пучения, включающая в еебя качественный и количественный анализы. В соответствии с поставленными .задачами каждый из выбранных грунтов подвергался раздельному замачиванию поочерёдно всеми видами растворов кислот и щёлочи различной концентрации. При сравнении поведения грунтов в агрессивных и нейтральной средах в качестве контрольного замачивающего раствора применялась дистиллированная вода.

Качественная оценка проводилась методом седиментированных осадков в мерных цилиндрах объёмом 250. мл (с ценой деления 10 мл) в условиях обеспечения максимального контакта грунтовых частиц с замачивающими растворами. По приращению объёмов седиментированных осадков образцов üYc. можно судить о качественной характеристике химического пучения-' и внутреннем потенциале различных грунтов при их .химическом взаимодействии с агрессивными - средами. Каждый опыт повторялся не менее ДВУХ раз, а результаты вычислялись как среднее арифметическое соответствующих значений из двух испытаний. Всего методом седиментированных осадков было испытано более 300 образцов..

Количественно поведение грунтов как оснований сооружений в условиях их замачивания растворами кислот и щёлочи оценивалось способом компрессии. Изучение химического пучения под нагрузкой в лаборатории заключалось в определе.ниии величин свободного относительного химического пучения грунта влажности свободного химического пучения U)sVa е, давления химического пучения а также зависимостей относительного химического пучения и влажности грунта от нагрузки <SSw,a,e=j ф^^Ччуде^Ср)- в основу эксперимента положена стандартная методика лабораторного исследования набухаюших грунтов.

Испытания проводились на компрессионно-фильтрационных приборах конструкции С. Р. Месчана (М-2), изготовленных из материалов стойких против коррозии - оргстекла и латуни (рабочее кольцо внутренним диа-

3-4115

Таблица 1

Сводная ведомость основных физико-механических и химико-минералогических характеристик исследуемых грунтов

Наименование характеристик, условные обозначения, ед. изм. Пес -КИ Суглинки Глины

jutóe-рецкий купав-нинский загорский ЕОЛГО- донский куди-новская махарад-зовская

Гранулометрический состав, %, при диаметре частиц, в мм 2... 0,1 98,1 94,0 1,9 3,9 1'.6 5,9

0,1... 0,005 1,3 5,6 76,4 65,7 39,4 41,1

< 0,005 0,6 0,4 21,7 29,4 49,0 53,0

Характеристики пластичности, 7. Ü)L - - 28,2 31,9 45,0 96,1

Ù)p - - - 19,7 15,7 17,9 24,5

ÜP - 8,5 16,2 27,1 71,6

Влажность, % Wra 0,03 . 0,31 2,78 5,41 3,28 8,22

0,5 1.1 13,6 13,8. 14,1 28,6

СО 3,0 .2,8- 18,1 17,0 20,1 34,4

Плотность, г/см S 1,52 1,68 1,92 1,78 1,76 1,41

& 2,64 2,65 2,69 2,72 2,70 2,61

Деформационные характеристики а ,МПа а, 02 0,03 0,11 0,19 0,34 0,66

Е ,МПа 71 50 12. 7 4 . 3

Прочностные характеристики ^ ,град 33 32 29 25 . 14 18

j-W ' 0,65. 0,62 0,56 0,46 ' _ 0,'2б ■ 0,32

С ,Ша 0,002 • о.роб 0,029 0,053 0,064 0,089

Карбонатност . соа,х 0,0 0,7 , 0,3 . 4,4' ' 0,4 ' 1.1

Валовый химический анализ, X SiOs .97,71 93,45 '73,38 53,01 65,62 57,22

RaO 0,89 2,79 16,19 17,18 22,95 21,51'

А1а03 0,80 2,70 12,10 13,02 20,57 16,96

Содержание минералов, % Монтмориллонит - - 21 31 - 76

Иллит - - 46 47 71 " 24

Каолинит - - 22 29 • - -

Хлорит г - - -

летром 71 мм. высотой 25 мм, площадью порядка 40 см8 ). Деформации образцов измерялись индикаторами часового типа (ИЧ) системы Аистова з ценой деления 0,01 мм. Для выявления зависимости €Sv^,a,e= использовался метод одной кривой - схемы, наиболее полно отражающей i реальную работу грунтов в основании сооружений.

Величина е находилась экспериментально в компрессионных

приборах без нагрузки (р=0)* и рассчитывалась по формуле

где h и h - соответственно высота образца в начале и в конце опыта.

Образцы насыщались химическими' растворами при градиенте напора J « 1. Значения определялись не менее чем на шести образцах для каждого вида грунта и замачивающего раствора как среднее арифметическое из показаний всех приборов.

Зависимость <SSv/a i = ^ (р) устанавливалась ■ способом компрессии при замачивании грунтов под различными нагрузками, следующим способом: приготавливались шесть образцов-близнецов одного и того же грунта, замоченных водой (си^сф с одинаковыми начальными параметрами; образцы помещались в компрессионные приборы; на штамп первого прибора передавалось давление 0,05 МПа, второго - 0,1 ЫПа и далее с интервалом 0,1 МПа; во всех компрессионных приборах давление на грунт выдерживалось до полной стабилизации деформаций сжатия U 0.02 мм за сутки); затем образцы замачивались при постоянной нагрузке и градиенте напора J ^ 1. Для каждого образца вычисляли значение

Ssw.a.t = ( ksat_ KV Ь-в j

где h„ и hSat - высота образца грунта, обжатого давление р без возможности бокового расширения, соответственно до и после замачивания химическим раствором.

:3а давление химического пучения принималось давление, под ■

которым <?5ча С - О. Влажность химического пучения ^Syvat определялась для каждого образца по окончании опыта. При нахождении величин <Sswat и Psw.a.t методом одной кривой на каждой ступени нагрузки (для каждого вида грунта и раствора) испытывалось не менее двух образцов, а значения брались как их среднее арифметическое.

Деформации сжатия, химического пучения и набухания регистрировались по индикаторам через заданные промежутки времени с точностью до 0,01 мм. Началу химического пучения (набухания) соответствовала относительная деформация > 0,001. Опыт по определению величин £;waC и ^stf.a.t считался законченным, если показания индикаторов в течение

суток изменялись не более чем на 0,01 мм. Всего способом компрессш было испытано более 1000 образцов.

Оригинальность разработанной методики.эксперимента состояла I том, что исследования химического пучения велись для различных типог грунтовых оснований под воздействием нескольких видов кислот и щёлочи при различных схемах замачивания.' Впервые грунты подвергались втс ричному замачиванию химическими растворами, ..оказывающими нейтрализующее действие по ■ отношению к растворам первичного замачивания (кислота - щёлочь, щёлочь - кислота). Качественный й количественны!; анализы химического пучения ^проводились путём сравнения результате! испытаний рассматриваемых грунтов при их замачивайии всеми видами растворов'различной- концентрации в-условиях первичного и вторичногс закачивания, а также набухания.в воде. Комплексная оценка позволила выявить следующие зависимости, изменения объёмов образцов исследуемы/ грунтов при химическом пучении: ..

одного и того-л« грунта от различных видов замачивающих растворов (кислоты, щёлочь, дистиллированная вода);

различных видов грунтов (пески, суглинки, глины) от воздействия одного и того же химического раствора;

от концентрации замачивающего раствора; от вида (схемы) замачивания (первичное, вторичное); от замачивания грунтов агрессивными растворами по сравнению с их соответствующим замачиванием дистиллированной водой (набуханием).

Опытные данные обрабатывались аналитически и представлены в работе в виде графиков и таблиц.

£ четвёртой и пятой главах приводятся результаты лабораторных испытаний исследуемых грунтов на химическое пучение в условиях их первичного замачивания растворами кислот и щёлочи различной.концентрации, а также вторичного замачивания закислоченных и защелоченных ранее'-грунтов растворами, оказывающими нейтрализующее действие пс отношению к растворам первичного замачивания. Некоторые из них представлены в табл 2 и на рис. 1, 2, 3 и 4.

Экспериментально установлено, что величина химического пучения различных грунтов зависит, в первую очередь, от их химико-минералогической природы, а также от физико-механических свойств этих грунтов. Кроме того, на величину химического пучения одного и того же грунта оказывают влияние вид и концентрация замачивающего раствора, характер замачивания. Качественный и количественный анализы хими-чэокого пучения показали:

при первичном замачивании песчаные грунты достаточно стойки к

Таблица. 2

Результаты лабораторных исследований химического пучения

и д а н а л и 3 а Изменение характеристик химического пучения Значения показателей, характеризующих изменения объёмов образцов грунтов в зависимости

от видов исследуемых грунтов

пески суглинки глины

и агрессивных замачивающих растворов

кислоты щёлочь кислоты щёлочь кислоты щёлочь

К а ч е с т в е н к. ы й Увеличение (уменьшение) объемов седиментированных осадков образцов VI (в д. ед.) по сравнению с их соответствующими объёмами

первоначальными в воздушно-сухом состоянии у0 1,0...1,1 «1.0 1,а.д,5 2,0..Б,3 2.2.2,4

1,а..1.1 «1,0 1.4..4.7 1.5-1.7 2,5_5,0 з,а..з,7

при замачивании дистиллированной водой. ув . 1.си,1 »1.0 1,С1..1,6 1,а..1,1 0.5..1.6 0,й..1,2

1,а..1,2 ~ 1,0 1,2..3.8 1,2..1;3 0,7-2.5 0,8..1,6

при первичном замачивании растворами УПЕр& 1.0 1.0 1,0 1.0 1.0 1.0

1.1.1.2 «1,0 1,а..з,2 1.1..1.3 1.1.2,0 1,4„1,6

при увеличении концентрации раствора «1.0 . »1,0 1,0.1,3 0,9 0,9...1,1 «0.9

о,а..1,1 «1,0 1.0..1.6 1.0-1.1 о.а..1.з «0.9

К О л и ч е с т в е н н ы й Увеличение (уменьшение) свободного относительного химического пучения-'б^а е, образцов при химическом пучении без нагрузки (в процентах) 'по сравнению с их соответствующими значениями

до начала замачивания растворами (6°6«,а,е-°) до+1 0 +3...9 +2...3 +8:. .17 до+10

до+2 0 +4...16 +2...1 +10... 25 +12... 15

свободного относительного набухания в воде до+1 0 +4...213 +2... 21 -50+113 -45..+17

ДО+1 0 +54..540 +20...30 -ЗЦ+.220 -20...+60

при первичном замачивании растворами 0 0 0 0 0 0

до+2 до+1 +3...220 +10...20 +10..100 +40...60

при увеличении концентрации раствора ±10 0 +3-..30 ДО-6 ±10 ДО-7

до+60 -70...+20 +5... 57 ±10 -20...+31 Э до-10

Примечание: 1. В табл 2 значения показателей VI и € приводятся в виде дроби, числитель которой соответствует результатам испытаний образцов грунтов при их первичном замачивании, а знаменатель - при'вторичном замачивании (нейтрализации). „

2. Знак " ^ " означает увеличение значений е . знак " - " - их уменьшение. ' '

воздействию агрессивных растворов.и практически не вступают в реакции с кислотами и щёлочью. У "чистых" песков химическое пучение отсутствует. Пески, имеющие примеси (глинистые частицы, карбонаты, др.) давали незначительное увеличение объёмов образцов (до 0,6. ..1,0 X); химическое пучение характерно для глинистых грунтов; при вторичном замачивании исследуемых грунтов соответствующими нейтрализующими растворами наблюдался дополнительный прирост химического пучения всех видов грунтов как глинистых, так и песчаных;

зависимости относительного химического пучения и относительного набухания ESv/a 'S ^Р^ и ^sw.i'fOp) от нагрузки аналогичны;

качественная оценка потенциальных возможностей исследуемых глинистых грунтов в условиях максимального контакта грунтовых частиц с агрессивной средой при первичном (вторичном) замачивании определила увеличение объёмов образцов по сравнению с первоначальными объёмами в воздушно-сухом состоянии: у суглинков - в 1,2. ..2,3 (1,4. ..4,7) раза, у глин - в 2,0. ..3,3 (2,5. ..5,0) раза; с объёмами аналогичных образцов, замоченных водой: у суглинков - в 1,1... 1,6 (1,2. ..3,8) раза, у глин (кроме Мб) - в 1,2. ..1,6 (1,2. ..2,5) раза. Рост концентрации агрессивных растворов первичного замачивания до (после), их нейтрализации в большинстве случаев приводил к увеличению объёмов образцов закислоченных глинистых грунтов в - 1,1. ..1,3 (1,1. ..1,6) раза, к уменьшению объёмов защелоченных образцов - в 1,05. ..1,08 (1,05... 1,13) раза. Вторичное замачивание по сравнению с первичным давало дополнительный прирост объёмов соответствующих образцов грунтов: у суглинков - в 1,1... 3,2 раза, у глин - в 1,1... 2,0 раза;

при исследовании химического пучэния глинистых•грунтов ' под нагрузкой в условиях первичного (вторичного) замачивания величина свободного химического пучения (р - 0) Sgv.a.e составила: у суглинков - 2. ..9 % (2...16 %), у глин - 8. ..17 % (10. ..25 %). Значения 6°wae образцов при первичном (вторичном) замачивании агрессивными растворами были больше (кроме Мб) соответствующе значений свободного относительного набухания тех же грунтов: у суглинков - в 1,05. ..3,13 (1,2. ..6,4) раза, у глин - в 1,10. ..2,13 (1,3. ..3,2) раза. С ростом концентрации растворов первичного замачивания до (после) их нейтрализации значени^уэ'большинства образцов имели тенденцию к увеличению при замачивании кислотами: в суглинках - на 3... 30 % (5... 57 7.), в глинах - до 10 X. (30 %); к уменьшению при замачивании щелочью - до 7Z (10 X). Нейтрализация растворов первичного замачивания приводила к дополнительному приросту величин ^„^соответствующих образцов грунтов: в суглинках - на 10... 220 X, в глинах - на 10... 100 Z. С повы-

шением давления на образцы, подвергнутые первичному (вторичному) замачиванию, значения заметно снижались: каждая последующая ступень нагрузки ( д р - 0,1 МПа) уменьшала предыдущее значение « в 2. ..2,5 раза. Давление химического пучения до (после) нейтрализации растворов первичного замачивания составило: в суглинках - 0,30.. ...0,33 (0,30... 0,36) МПа, в глинах - 0,42. ..0,43 ( 0,42... 0,45) МПа;

влажность химического пучения зависела от вида грунта

С уменьшением давления на образцы грунтов её значения возрастали. Начальная влажность образцов (до опыта, С0о»а)р) при химическом пучении в условиях первичного (вторичного) замачивания агрессивными растворами, при р - 0, увеличилась: у суглинков - на 1... 6 X (1...11 %), у глин - на 5, ..13 % (7. ..21 X) и находилась в пределах 19... 23 % (19. ..28 %) у суглинков, 25... 47 % (27. ..55 %) - у глин. По сравнению с влажностью набухания при замачивании водой соответствующие значения (за исключением Мб) при первичном (вторичном) замачивании .возросли: у суглинков - на 2. ..4 % (2 ...7 %), у глин -до 6 %% (на 3. ..12 %). Нейтрализация первичного замачивания приводила к увеличению Образцов: у суглинков - на 2. ..7 %,' у глин -на 3... 12 %;

на величину химического пучения различных' глинистых грунтов оказывали влияние вид и концентрация агрессивного раствора. В условиях максимального контакта грунтовых частиц с химическим раствором при первичном (вторичном). замачиваний наблюдалось увеличение объёмов образцов по сравнению с их первичными объёмами в воздушно-сухом состоянии у закислоченных грунтов в 1,2. ..3,3 (1,4. ..5,0) раза, у за-щелоченных - в'1,3. ..2,4 (1,5.. 3,7) раза; с объёмами аналогичных образцов, замоченных водой: у закислоченных - в 1,1... 1,6 (1,2. ..3,8) раза, у защелоченных ^ в 1,1. ..1,2 (1,2. ..1,6) раза (кроме Мб). Рост концентрации растворов первичного замачивания . до (после) их нейтрализации, в основном, приводил к увеличеникгобъёмов образцов грунтов в 1,1... 1,3 раза - в кислотах, уменьшению в 1,1 раза - в щёлочи. Нейтрализация кислот' первичного замачивания сопровождалась дополнительным увеличением объёмов образцов грунтов в 1,1... 3,2 раза, щёлочи - в 1,1... 1,6 раза. В условиях свободного химического пучения (р = 0) при первичном (вторичном) замачивании величина 0бРаз~

цов Составила: у закислоченных глинистых грунтов - 3... 17%(4... 25%), у защелоченных - 2... 9 7. (2. ..15 %). Значения ^ в большинстве

случаев при первичном (вторичном) замачивании образцов химическими растворами были больше соответствующих значений при замачива-

нии водой: у закислоченных грунтов - в 1,1...3,1 (1,1...6,4) раза, у

Аг

580 МО

70

г °>

200 150 100 50 О

V 1Ь Вс У*.

V Лп : Мб

\ I' ч 4 V \ / / ч ч V V

\ Г ч/А

N

Ь5С

Вид

\

и ¡(0ь \

цсе \ /

ЬРа

_ вид

Лп Кп Зс Ьо Кг МВ г-ру^а

-50 I

Вс

Ур

уЧ

У*

Лп

5о

.....г.

4 ъ /а

ада 150 100 50 О 50

"Шо

н^о, ъ

щ

Тло л !

Вид

а.

Н40 нее Н4«0А НУОз НЗД ЛаОН растЬора Лп Кп 5с 6о Кг Мб Грунта

Рис. 1. Прирост объёмов лV седиментированных осадков образцов исследуемых грунтов при их первичном замачивании растворами кислот и щёлочи.2Н концентрации в зависимости от вида грунта (I) и химического раствора (II) по сравнению: а - с первоначальным объёмом образцов У0 в воздушно-сухом состоянии; б - с соответствующими объёмами образцов Уь , замоченных дистиллированной водой

ЯйРО* 1 Кудяно&ская КГЛ глина

0,20 •0,15 0,10 0.05

о,а ..о/ р,МПа

Рис. 2. Зависимости относительного химического пучения и набухания исследуемых грунтов от давления при их первичном замачивании растворами различных кислот и щёлочи 2Н концентрации и дистиллированной водой на примере: а - кудиновской глины; б - ортофосфорной кислоты

550 ££0 210 МО УО О

Мб / к

ч {г / 4 1

\ Г- и •А \\

/ Г\ 1 \

У ч К 'X у У

У 5с Пп М

Вид

<3 Н.Д на НЗД НМ^ НЗД *аОН растЬорЭ

ч 280 210 МО 70 о

К

1 / 1

/ * нее ш

! / ✓ / * п ! / ■

и / > ш

игУ к

Вид.

\

£00 150 100 50 О -50

5ц , /1 1 \\

\\

1 \ ч /

% ь 4

к- V V. у Г\

'ШГ к N

А У8/о 200

150

100

50

О

-50

ш \

I / \ Нсеч Г" \

/н / НМ, Л

: ' > А \\ 1 Л *

р Г' \\\

__ Вид -п! |Ьий

На0 нее НЗД НК"Оз НаРО^ /Ш растбора Лп кп 5с Ьс Кг Мб грунта

Рис. 3. Прирост объёмов д\Г седиментирэванных осадков образцов исследуемых грунтов при их вторичном замачивании растворами кислот и щёлочи 2Н концентрации в зависимости от вида грунта (I) и химического раствора (II) по сравнению: а г с первоначальным объёмом образцов У0 в воздушно-сухом состоянии; б - с соответствующими объёмами образцов

У6 , замоченных дистиллированно^ водой а г?

о.-1 о,а о.з о,4 р

цг о.з р. г

Рис. -1 Зависимости относительного химического пучения и набухания исследуемых грунтов от давления при ну. вторичном замачивании растворами различных кислот и иулочи 21! концентрации и дпотиллированнай водой на примере: а - кулпн.воноп г лини; б - ортоЮсСорнсЯ ^пелоти

защелоченных - в 1,05...1;20 (1,1...1,6) раза Нейтрализация растворов первичного замачивания приводила к дополнительному увеличению значений : кислот - в 1,05... 3,20 ..раза, щёлочи - в 1,1. ..1,6

раза. С ростом' концентрации растворов первичного замачивания до (после) их нейтрализации значения е образцов, в основном, имели тенденцию: в кислых растворах к увеличению на 3... 30 X (5... 57 %), 5 щелочных - к уменьшению на 2. ..7 % (10 2).

В шестой главе приводятся примеры химического пучения оснований зданий и сооружений при их аварийном замачивании растворами кислот или щелочей в период эксплуатации промышленных предприятий. Материал излагается в форме критического обзора научных публикаций целого ряда авторов по данному вопросу за последние '20 лет. Описанные случаи имели место в инженерной практике на конкретных объектах народного хозяйства: Краснопресненском сахарорафинадном, заводе в г. Москве (В.Е. Соколович, Г. М. Троицкий, НИИОСП); Стерлитамакском химическом заводе в Башкирии (Ф.Е.Волков, Э. И. Мулюков, Г. С. Колесник, НИИПром-строй, Уфа)'; химическом комбинате на Урале (И. М. Талант, Уральский ПромстройНИИПроект); нескольких заводах алюминиевой промышленности на Урале, в том числе Богословском и Николаевском (В. М. Кабанов, ■В. Б. Швец, УПИ; Уральский филиал ВАМИ); сернокислотных комплексах медеплавильных и медеэлектролитных комбинатов на Урале (И. М. Талант, Уральский ПромстройНИИПроект); ПО "Химпром" в г. Славя не ке (Ю. В.Из-баш, Т. В. Мишурова, М. Ф. Бронжаев, ХИИКС); Джезказганском медеплавильном заводе (0. Г. Любавин, Гипрохим; А. М. Занталов, Гипроцветмет).

Анализ натурных обследований перечисленных предприятий подтвердил теоретические и лабораторные исследования автора, позволил выявить общие закономерности и причины аварий; предложить мероприятия по обеспечению прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности сооружений при возможном замачивании 'их оснований агрессивными растворами.

Установлено, что химическому пучению под воздействием кислот и щелочей в наибольшей степени подвержены грунты оснований предприятий химической, нефтеперерабатывающей промышленностей, цветной металлургии и некоторых других, связанных с производством, применением и хранением агрессивных растворов. При эксплуатации таких объектов возможно аварийное замачивание оснований продуктами и отходами производства. - Основными причинами попадания растворов кислот и щелочей в грунты оснований являются: выход из строя производственного оборудования, разгерметизация емкостей для хранения химических растворов и веществ, аварии в сети трубопроводов и канализации,

- 19 -

эбразование туманов и химические дожди.

Опираясь на результаты проведенных исследований, автором разработаны рекомендации по учёту химического 'пучения грунтов оснований в условиях их возможного аварийного замачивания агрессивными растворами при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений промышленных объектов, связанных с кислотной и щелочной технологией.

Седьмая глава посвящена выбору и разработке методики прогноза поведения оснований зданий и сооружений при химическом пучении в условиях их аварийного замачивания растворами кислот или щелочей, необходимой для практических целей и позволяющей определять возможный подъём поверхности (фундамента).

Принимая во внимание то обстоятельство, что причиной появления новообразований повышенного объёма в грунтах при химическом пучении являются физико-химические обменные реакции взаимодействия агрессивных растворов с грунтовыми минералами (а количественно предсказать это в настоящее время практически невозможно); учитывая обширность географии предприятий, технологически связанных с кислотами или щелочами, а ' также разнообразие грунтовых условий, видов и характера замачивания, выбор чисто математического описания прогноза деформации оснований в данной ситуации достаточно затруднителен. В самом деле, для вывода какой-либо определённой математической зависимости требуется длительный и широкомасштабный эксперимент, и причём в каждом конкретном случае. Получить при этом какое-то общее, универсальное решение не представляется возможным. ' В силу многофакторности рассматриваемой задачи при учёте химического пучения грунтов оснований сооружений, на наш взгляд, может найти применение только экспериментальный метод прогноза поведения грунтов.

На практике установлено, и это подтверждают исследования автора, :что характер деформации химически пучащего массива грунта и силы, действующие в нём, подчиняются тем же закономерностям, что и в случае обычного замачивания его водой. Поэтому, с достаточной степенью достоверности, можно описать поведение массива грунта при его химическом пучении подобно набухающему, используя те же зависимости и соотношения, неоднократно подтверждённые опытным путём. За основу, с определёнными допущениями и изменениями, предлагается принять метод расчёта подъёма поверхности (фундамента) при набухании грунта, разработанный в НШОСП Е. А. Сорочаном и зало.уешшй з С Ни П.

Суть рекомендуемой методики прогноза деформации сгнсы-.т/.л химическом пучении состоит в следующем (¡пк. 5):

определяется мощность замоченной агрессивным раствором грунтовой толщи Нзу/д , в которой может иметь место химическое пучение ;

активная зона разбивается на элементарные слои конечной толщины 4 0,4 Ь . где Ь - ширина фундамента;

в середине каждого из этих слоев вычисляются: напряжения от собственного веса грунта

дополнительного давления р от веса сооружения

б^сС-р , влияния неувлажнённой части массива за пределами

площади замачивания ■ ,г /_ , ч

где с1 - глубина заложения подошвы фундамента; г - глубина расположения 1-го слоя от подошвы; у - удельный вес грунта; Кд- коэффициент, учитывающий закономерности деформации массива при химическом пучении и зависящий от глубины расположения рассматриваемого слоя г + <1 , ширины Вуу и соотношения сторон у, / В у/ замачиваемой площади;

находятся суммарные напряжения в Ьх слоях

в лаборатории способом компрессии определяются значения относительного химического пучения под нагрузкой, соответствующей суммарному напряжению ^ а в каждом слое

= { ^^ "^п^Ь-п ;

с учетом зависимости между значениями относительного химического пучения, по данным лабораторных и полевых испытаний, выражаемой соотношением- _ ^ ~

где К^- экспериментальный коэффициент, зависящий от действующих в массиве давлений, при < • вычисляются приращения высоты

каждого элементарного слоя по формуле:

методом послойного суммирования по всей химически пучащей толще Нд^з(когда рассчитывается возможный подъём поверх-

ности (фундамента) л * ^ __ .

" с® 1

Величина относительного химического пучения 6 а под соответствующей нагрузкой определяется 'экспериментальным путём в каждом конкретном случае: в лаборатории - по результатам компрессионных испытаний, в полевых условиях - штамповых.

В качестве иллюстрации предлагаемой нами методики расчёта были рассмотрены примеры прогноза подъёма штампов на опытной площадке, сложенной элювиальными глинистыми грунтами и замоченной раствором серной кислоты. Результаты аналитических расчётов сравнивались с данными полевых испытаний (И. М. Талант, 1970). Разница значений составила в среднем 5... 10

Для практических целей в помощь проектировщикам разработаны алгоритм и программа на ПЭВМ, позволяющие делать прогноз подъёма поверхности (фундамента) при химическом пучении грунтов оснований зданий и сооружений на основе инвариантного проектирования, имеющего возможность варьировать начальными условиями: физико-механическими и химико-минералогическими свойствами грунтов, размерами фундамента Ь * 1 и глубиной его заложения с! , нагрузкой по подошве р от Ееса сооружения, размерами (площадью Вуу* Ьу* и глубиной замачива-

емого массива грунтов основания, видом и характером замачивания. .Использование программы позволит существенно сократить '.Съем и сроки лроектиро.:: --ШИЛ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Инфильтрация растворов кислот или щелочей в большинстве случаев приводит к опасным последствиям и аварийным ситуациям в результате химического пучения грунтов оснований и сопровождается, как правило, деформациями возведённых на них сооружений, а также загрязнением на длительные сроки окружающей среды. Это явление характерно для производств, связанных с кислотной или щелочной технологией, и наиболее часто встречается на предприятиях цветной металлургии, алюминиевой, нефтеперерабатывающей и химической промышленностей. В связи с этим рассмотрение вопроса о химическом пучении грунтов в основании сооружений является актуальной народнохозяйственной задачей.

2. Для лабораторных исследований химического пучения различных грунтов под воздействием растворов кислот или щелочей разработана оригинальная методика комплексной оценки, включающая качественный и количественный анализы, и позволяющая экспериментально установить за висимости химического пучения от типа грунта, вида и концентрации замачивающего раствора, характера замачивания.

3. Основания сооружений, сложенные песчаными грунтами, в большинстве своём не склонны к химическому пучению. В данном случае это явление может иметь место по причине появления новообразований значительного объёма либо в результате взаимодействия агрессивного замачивающего раствора с содержащимися в поровой воде .химическими веществами, либо при одновременном или последовательном замачивании песков различными химическими растворами и образовании нерастворимых продуктов реакций, объём которых превышает объём вступающих в реакцию веществ. У "чистых" песков химическое пучение не., наблюдалось. Пески, имеющие примеси, давали незначительное увеличение объёмов образцов в пределах 0,5. ..1,0 %.

4. Химическое пучение наиболее характерно для оснований, сложенных глинистыми грунтами. При их замачивании агрессивными растворами глинистые минералы вступают в физико-химические обменные реакции с кислотами или щелочами, в результате которых в поровом пространстве грунтов появляются новообразования повышенного объёма Это приводит к увеличению общего объёма грунтов - химическому пучению.

В глинистых грунтах химическое пучение зависит от следующих факторов:

вида грунта; при замачивании различными химическими растворами б""' г составило: у суглинков 2... 9 X, у глин 8... 12 X;

вида замачивающего раствора; у различных типов грунтов 6^,3 е зафиксировано: в растворах кислот 3... 17%, в растворах щёлочи 2... 9%; ю своей величине £gwaе закислоченных'глинистых грунтов в 1,5...2 эаза больше соответствующего значения тех же защелоченных грунтов;

концентрации замачивающего раствора; её возрастание приводило к увеличению £ а г различных грунтов на 3... 30 7. при замачивании их кислотами и к уменьшению на 2... 8 % - при з.амачивании щёлочью;

от внешней нагрузки; с повышением давления на образцы значения £ Sv/ а ¡> для всех грунтов заметно снижались, причём каждая после дующая ступень нагрузки интенсивностью 0,1 МПа уменьшала предыдущее значение <55^аг приблизительно в 2.'..2,5 раза, а максимальное изменение величины 6Swa е наблюдалось в интервале давлений от 0 до 0,1 МПа.

5. Нейтрализация растворов кислот или щелочей в поровом пространстве различных грунтов в ходе химических реакций с грунтовыми минералами приводит к росту химического пучения за счёт дополнительного появления в грунтах нерастворимых новообразований повышенного объёма. Увеличение Sj°wa по сравнению с соответствующими значениями до нейтрализации, составило: у песков - в 1,06. ..1,25 раза, у суглинков - в 1,1. ..2,8 раза, у глин - в 1,15...1,85 раза; после нейтрализации значения 6lva£ закислоченных глинистых грунтов были в 1,5...

... 3 раза больше, чем у соответствующих защелоченных грунтов.

6. Для глинистых грунтов (за исключением сильнонабухаюших) значения относительного химического пучения при замачивании растворами кислот:или щёлочи, в зависимости от вида грунта и агрессивного раствора, в 2... 3 раза больше соответствующих 'значений относительного набухания тех же грунтов при замачивании их водой; зависимости относительного химического пучения и набухания от нагрузки аналогичны.

7. Потенциально глинистые грунты в условиях максимального контакта их минеральных частиц с различными агрессивными растворами при первичном замачивании способны увеличивать свой первоначальный объём в воздушно-сухом состоянии: суглинки - в 1,2. ..2,3 раза, глины -в 2. ..3,3 раза; а после нейтрализации первичного замачивания - это увеличение может достигать: у суглинков - в 1,4. ..4,7 раза,.у глин -в 2,5... 5,0 раз.

8. В целом величина химического пучения грунтов зависит, в первую очередь, от их химико-минералогического состава и дисперсности. Она возрастает с повышением содержания в грунтах минерала глинозёма (А1а0з) и глинистых частиц (d < 0,005 мм), поэтому различные типы грунтов по тенденции роста значений их относительного химического пучения можно поставить в следующий ряд: лес/си < суглинки < глин и.

Аналогично, замачивающие растворы, по силе их воздействия на различные виды грунтов, можно расположить в' такой последовательности: вода < щёлочи < кислоты.

9. Для прогноза поведения грунтов оснований при химическом пучении предложена методика расчёта подъёма поверхности (фундамента) в условиях замачивания оснований растворами кислот или щелочей. Расхождение результатов расчёта.по предлагаемой методике с данными полевых испытаний составляет в среднем 5...10 %.

10. На основании проведённых исследований разработаны рекомендации по учёту химического пучения грунтов оснований в условиях их возможного аварийного замачивания агрессивными растворами при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, связанных с кислотной или щелочной технологией.

Для практических целей составлены алгоритм и программа расчёта на ПЭВМ, позволяющие делать прогноз подъёма поверхности (фундамента) при химическом пучении оснований в зависимости от целого ряда внешних и внутренних факторов.

И. Результаты работы могут быть использованы как. при новом строительстве, так и при реконструкции существующих объектов, основания которых в процессе эксплуатации подвергались или могут подвергнуться аварийному замачиванию агрессивными растворами.

Внедрение результатов исследований в практику фундаментострое-ния позволит обеспечить повышение качества проектных и строительных работ и сокращение затрат на реконструкцию предприятий при ликвидации последствий аварийной инфильтрации растворов кислот или щелочей.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложена в следующих публикациях:

1. Влияние кислот и щелочей на химическое пучение ^рунтов в основании сооружений // Ресурсосберегающие, малоотходные процесса строит, произ-ва и охраны окружающей среды: Тез. докл. обл. .46-й науч.-техн. конференц. , февраль, 1989г. / Куйбышевск. инж.-строит. ин-т. -Куйбышев, 1989. - С. 129-130.

2. Влияние кислот и щелочей на-" изменение объёма грунтов оснований при химическом пучении // Молодые учёные - сельскому строительству: Тез. докл. науч.-техн. конференц., март, 1990г. / ЦНИИЭП-сельстрой. - Апрелевка, 1990. - С. 32-34.

3. Методика определения изменения объёма и результаты испытаний грунтов оснований при химическом пучении // Совершенствование технологии бетонных и свайных работ: Межвуз. сб. науч. тр. /Самарск. арх. -строит, ин-т. - Самара, 1931. - С. 105-111.

4. Химическое пучение грунтов оснований зданий и сооружений при зарийном замачивании кислотами и щелочами в инженерной практике // эвершенствование технологии бетонных и (Звайных работ: Межвуз. сб. ауч. тр. / Самарск. арх. -строит, ин-т. - Самара, 1991. - С. 133-143.

5. Качественный и количественный анализы химического пучения эунтов оснований //Тез. докл. обл. 49-й науч.-техн. конференц., апрель, 392г. / Самарск. арх. -строит, ин-т. - Самара, 1992. - С. 148-149.

6. Примеры деформации оснований зданий и сооружений на предпри-гиях нефтехимии при аварийном замачивании грунтов агрессивными астворами кислот и щелочей // Тез. докл. обл. 49-й науч. -техн. кон-эренц., апрель, 1992г. / Самарск. арх.-строит, ин-т. - Самара, 1992.- С. 150-151. (Соавтор О.А.Горбунов).

7. Прогноз поведения оснований при химическом пучении // Гео-зхника Поволжья-V: Тез. докл. науч.-техн. конференц., сентябрь, Э92г. / Тольяттинск. политехи, ин-т. - Тольятти, 1992. - С. 17-18.

8. Исследования химического пучения грунтов оснований под наг-узкой в условиях их замачивания растворами кислот и щелочей // На-ч.-техн. прогрессе стр-ве: Тез. докл. XXVII науч.-техч. конференц., арт, 1993г. /Пензенск. инж. -строит, ин-т. - Пенза, 1993. - С. 106-107.

9. Принципы физико-химического взаимодействия кислот и щелочей глинистыми грунтами // Тез. докл. обл. 50-й науч. -техн. конференц. ,

прель, 1993г. / Самарск. арх. -строит, ин-т. - Самара, 1993. - С. 116.

10. Рекомендации по учёту химического пучения грунтов оснований условиях их "аварийного замачивания растворами кислот или щелочей ри проектировании зданий и сооружений / НИИОСП имени Н. М. Герсева-ова; Самарск. арх.-строит, ин-т. - Москва-Самара, 1993. - 64 с.

Подписано в печать 01.10.93. Формат 00хЯ4 1/1>~, Печать оператюзпая. Объем 1. пл. Тираж 150 экз. Злказ -Nb 4115

ПО ICanti'M", /п. Bci.jrm, 00.