Введение к работе
Актуальность. Практика эксплуатации промышленных предприятий, >собенно химических, нефтеперерабатывающих и цветной металлургии, :вязанных с получением, применением и хранением кислот и щелочей, токазала, 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 ПроектХимзаши-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-V" (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..