ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОДЫ НА ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНЫЙ РАСТВОР

Научный руководитель: Строкин Константин Борисович
доктор экономических наук, профессор кафедры строительства, директор Технического нефтегазового института
Сахалинский государственный университет, РФ, г. Южно-Сахалинск

Вода – сложное природное вещество, в состав которого входит целый набор микроэлементов. В том или ином виде вода содержится во всех живых организмах, а в нашем организме в среднем 70%. Совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней ионов кальция и магния по разному могут влиять, как на качество, так и на прочность материалов в строительстве.
Абсолютно чистой воды в природе не существует. Природная вода всегда содержит растворенные в ней соли. Анализ жесткой воды показывает, что в ней содержатся значительные количества растворимых солей кальция, магния и других химических соединений.

Особенности воды Сахалинской обл.

Характерной особенностью области является густота речной сети (в среднем 1,2 км на 1 км²), значительно превышающая аналогичный показатель по России. В области более 65 тыс. водотоков, протяженностью около 106 тыс. км.; свыше 17 тыс. озер общей площадью водного зеркала 1118 кв. км. Основные реки – Тымь и Поронай.

По запасам водных ресурсов область занимает одно из первых мест в стране, но по водообеспечению на душу населения (в среднем 82,8 тыс. м³ в год) – предпоследнее место по Дальневосточному региону из-за необходимости значительных затрат на расширение перечня источников водопользования и строительства коммунальной инфраструктуры.

Регион относится к категории малых и самых малых рек, почти все из них имеют рыбохозяйственное значение, поэтому любая деятельность с нарушением природоохранного законодательства чревата серьезными экологическими последствиями.

Подземные воды Сахалинской обл.

Подземные (пресные, минеральные и термальные) воды имеют широкое распространение на территории области, встречаясь в породах различного состава и на разных глубинах. Основные черты гидрогеологической обстановки и закономерности формирования подземных вод на Сахалине и Курильских островах различны. Это связано с особенностями геологического и тектонического строения регионов и историей их геологического развития.

На Сахалине условия формирования подземных вод определяются, в основном, широким развитием мощных толщ осадочных отложений, наличием в недрах восстановительной геохимической обстановки, значительным распространением явлений нефегазоносности и угленосности и отсутствием явлений современного вулканизма.

Условия формирования подземных вод на Курильских островах в значительной мере обусловливаются широким развитием вулканических образований и необычной геохимической обстановкой, вследствие современного вулканизма, проявляющегося в виде периодических извержений и мощной, ярко выраженной фумарольной деятельности. По территории регионов условия питания, характер залегания и химический состав подземных вод изменяются в зависимости от литологического состава, степени дислоцированности, трещиноватости и промытости пород, а также от рельефа и климата.

Значительную часть Сахалина занимают горноскладчатые сооружения, которым соответствуют гидрогеологические массивы. В этих районах преимущественным распространением пользуются трещинные воды зоны выветривания, пластово-трещинные, а также трещинно-жильные воды сильно дислоцированных и изверженных пород. Направление движения подземных вод происходит от водоразделов в сторону речных долин и вдоль них.

В пределах гидрогеологических массивов величина подземного стока изменяется в значительных пределах в зависимости от количества атмосферных осадков, геологического строения, рельефа и величины водосборной площади, достигая половины количества осадков. Сильная расчлененность рельефа и сравнительно малая величина зоны выветривания не создают благоприятных условий для накопления в горных районах значительных запасов подземных вод, а атмосферное питание обусловливает резкие сезонные колебания их уровня.

В пределах гидрогеологических массивов распространены преимущественно водоносные комплексы верхнемеловых, триас-нижнемеловых и палеозойских отложений, а также подземные воды разновозрастных изверженных пород.

На сегодняшний день обществом найдено огромное количество источников, которые не надежны :
- по химическому составу;
- по производственным мощностям ( в силу того, что ранее были пробурены большое количество скважин, именно в глубь, в качестве источников водоснабжения). Вода на Сахалине находится не на глубине, она является межпластовой, находится ближе к поверхности.

В этом и есть ошибка. Источников водоснабжения много, а по химическому составу они не стабильны, в зависимости от перемены сезона года. Особенно химический состав меняется в зимний период времени. Вода становится абсолютно непригодной для питья и абсолютно непригодной для приготовления растворов цемента и бетона.

Озаботившись данной проблемой, был проведен практический эксперимент в лаборатории № 107 “ТНИ” находящегося по адресу : ул. Пограничная 2, г. Южно-Сахалинск, Сахалинская область.

Суть практического эксперимента: выявить марочную прочность цементно-песчаной смеси. Испытания проводились по ГОСТу 10180-2012. Перед испытанием, кубики размером 70мм*70мм были помещены на 10 дней в трех разных средах воды.

В соответствии с ГОСТом Р 58277-2018 была изготовлена цементно-песчаная смесь для которой понадобились следующие составляющие :
цемент марки М400 ГОСТ 10178-85; песок для строительных работ ГОСТ 8736-2014; вода; ведро; кельма.

Далее забивались формы цементно-песчаной смесью согласно ГОСТу 10180-90. После схватывания, кубики были расположены в разные среды воды на 10 дней.

В контейнере под буквой а кубики находятся в воде с с. Ильинское.

В контейнере под буквой б кубики находятся в воде с западного склона г. Большевик.

В контейнере под буквой в кубики находятся в морской воде м. Охотское.

Таблица 1. Химический состав используемых вод.

После 10 дней нахождения кубиков в воде, они сушились 48 часов, далее были проведены опыты для определения прочности контрольных образцов на сжатие по ГОСТу 10180-2012. Результаты определения марочной прочности сведены в таблице 2.

Таблица 2. Определение марочной прочности  контрольных образцов на сжатие. 

Вывод практического эксперимента

Значения прочности цементно-песчаных кубиков после контакта с водой представлены в таблице 2. Результаты эксперимента показали, что прочность кубиков зависит от химического состава воды, в которой выдерживали кубики, так как образцы находящиеся в морской воде показали наименьшую прочность, которая связана с содержанием большого количества сухого остатка в этой среде.

Сравнивая результаты прочности образцов кубика находящиеся в воде из Сусунайского артезианского бассейна и Татарского адартезианского бассейна, можно сделать вывод о том, что при контакте цементного камня с аммиаком и ионами аммония, увеличивается прочность контрольного образца.

Перспективы исследования

Для дальнейшего исследования обозначенной проблемы, кубики по одному образцу были помещены в те же разные среды воды на долгий срок. Кубики будут храниться в лаборатории № 107 “ТНИ” и наблюдаться каждый месяц на предмет образования коррозии.

Рисунок 3. Кубики в трех разных средах воды для долгого хранения

Таким образом, в результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
изучены химический состав и некоторые характеристики природной, артезианской и адартезианской воды Сахалинской области;

• показано, что исследованные виды воды отличаются по составу, основным химическим и физико-химическим характеристикам, и могут проявлять агрессивность по отношению к цементно-песчаному раствору, вызывая понижение прочности и коррозионный процесс;
  
• результаты свидетельствуют, что образцы кубика контактируя с большим количеством минеральных неорганических солей показывают малую прочность, если сравнивать с артезианским и адартезианским бассейнами;
  
• наибольшую прочность показал цементно-песчаный раствор, выдержанный в сточной воде из Татарского адартезианского бассейна, где содержится Аммиак и ионы аммония . Вероятно, что NH₃ и NH₄+ почти полностью остаются в порах бетона, вызывая их закупоривание, что приводит к торможению коррозии бетона.

1. А.М. Меренков (главный редактор), Н.В. Галушка (заместитель главного редактора). В.Е. Горетый, В.И. Высочин, В.В. Медведев, Т.С. Розорителева, А.С. Чибисов, Л.М. Чумаков – Полезные ископаемые Сахалинской области 2002.
2. Бердоносов С.С., Менделеева Е.А. Химия. Новейший справочник. – М.: «Махаон», 2018
3. https://docs.cntd.ru/document/1200100908
4. https://svyato.info/993-vodnye-resursy-sakhalinskojj-oblasti.html
5. https://docs.cntd.ru/document/1200162143
6. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. «Химия», М., 2019.
7. Органическая химия Марча. Реакции, механизмы, строение. Т.4: Смит, М., 2020

Все статьи автора «Мовсисян Ален Марзпетович»