Формирование агрессивных к бетонным фундаментам подземных вод при использовании отвалов угольных шахт // Эффективные методы инженерно-геологических исследований Урала: тез докл. семинара. – Пермь, 1986. – С. 47-48.
Породы отвалов угольных шахт находят применение при производстве различных строительных работ, например для обратных засыпок, при планировке территорий, создании насыпей, дорог и пр. Однако при этом следует учитывать, что эти породы могут служить источником агрессивных к бетонным конструкциям подземных вод.
Формирование агрессивных вод при контакте с породами отвалов связано с наличием в них различных соединений серы — сульфидов, органической серы. Например, в Донецком и Подмосковном бассейнах её среднее содержание составляет 3,5%, в отложениях Кизеловского бассейна — 7%. Общая направленность процессов преобразования пород отвалов определяется существенным изменением окислительно-восстановительного потенциала среды — сменой восстановительной обстановки, характерной для угленосных отложений уже на небольшой глубине, на окислительную при извлечении породы на поверхность. Это приводит к окислению сульфидов и других соединений серы и формированию кислых сульфатных вод.
Указанные процессы имели место на одной из промышленных площадок в г. Губахе Пермской области. Площадка расположена на склоне долины. В процессе строительства здесь отсыпались террасы с использованием пород отвалов шахт Кизеловского. угольного бассейна. Породы применялись без предварительной оценки их коррозионной активности.
Анализ материалов наблюдений по сети режимных скважин показал, что в насыпных грунтах мощностью 0,2—11 м на сравнительно небольшой глубине 1—3 м сформировался горизонт подземных вод. Уровень подземных вод находится выше глубины заложения фундаментов на 1—3,5 м, причем отмечается тенденция к его подъему. Воды сульфатно-кальциевого состава с минерализацией 2,8 г/л. Содержание сульфатов достигает 1,7 г/л, водородный показатель в ряде случаев снижается до 4,1. Согласно СТ СЭВ 2440—80 и СНиП П—28—73 такие воды обладают сильной степенью сульфатной и общекислотной агрессивности. Подземные воды подобного состава сформировались на соседней строительной площадке, которая ранее использовалась для складирования резервного запаса пород отвалов.
Для выявления физико-химических закономерностей формирования подземных вод в насыпных грунтах была выполнена серия лабораторных экспериментов, в которых изучались особенности перехода в раствор компонентов пород отвалов.
В первой серии опытов измельченный грунт заливался дистиллированной водой и в течение года изучалось изменение химического состава растворов. Установлено, что в довольно короткие сроки в раствор переходит значительное количество компонентов. Минерализация его достигает 4,4 г/л, рН — 3,0. На более длительных сроках характерна стабилизация содержания кальция и магния, снижение концентрации хлора. Содержание сульфатов за все время опыта увеличивалось и достигло 2,8 г/л, содержание-железа увеличилось до 0,12 г/л, что, по-видимому, свидетельствует о протекании процессов окисления сульфидов железа.
Вторая серия опытов проводилась по проточной схеме. Дистиллированная вода, профильтровавшаяся через грунт, анализировалась и вычислялось суммарное содержание компонентов, перешедших в раствор. Несмотря на значительную продолжительность опыта, процесс перехода в раствор сульфатов не прекратился, а водородный показатель не превысил 3,8.
В результате исследований установлено, что в 1 м3 грунта содержится не менее 30 кг сульфатов, способных перейти в раствор.
Следует отметить, что состав растворов близок к составу вод, сформировавшихся на строительной площадке, а также подземных вод вблизи отвалов угольных шахт Кизеловского, Подмосковного и ряда других бассейнов.
Выводы
1. Использование в строительных целях пород отвалов угольных шахт, богатых серой, может привести к появлению кислых сульфатных вод.
2. Учитывая агрессивность сульфатных вод к бетонным фундаментам, необходимо определение содержания в породах серы, проведение специальных водных вытяжек и на этой основе подразделение неоднородных по вещественному составу пород отвалов по возможности использования в строительных целях.
