Коррозия винтовых свай. Как продлить срок службы свайно-винтового фундамента?

Время чтения: 15 минут Интересно, но нет времени читать?

Отправка на почту статьи


Нажимая кнопку "Получить", я подтверждаю свою дееспособность и даю согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с условиями



Винтовые сваи изготавливаются из стали различных марок, а потому долговечность фундамента на винтовых сваях определяется в первую очередь скоростью возникновения и развития коррозионных процессов. Данное обстоятельство иногда заставляет потенциальных клиентов сомневаться в надежности технологии в целом. Именно поэтому в предлагаемой Вашему вниманию статье мы рассмотрим некоторые аспекты, влияющие на срок службы свайно-винтового фундамента.

В соответствии с существующим определением коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов, вызванное химическим или физико-химическим воздействием окружающей среды, основной причиной которого является термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

По механизму протекания различают следующие основные виды коррозии:

  • химическая;
  • электрохимическая.

Немного особняком стоит механическая эрозия под действием окружающей среды.

Основной принцип механической эрозии – физическое воздействие на объект, которое приводит к растрескиванию и разрушению поверхности.

В случае с винтовыми сваями  подобные повреждения могут быть получены под действием сезонного перепада температур, когда металл расширяется, а затем сужается. Тем не менее, данная эрозия в грунте незначительна, потому как серьезный фактор, влияющий на срок службы сваи, как правило, не рассматривается.

Химическая коррозия – это взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз.

Примером химической коррозии в неэлектролитах может служить разрушение цилиндров двигателей внутреннего сгорания. В топливе содержатся примеси – сера и ее соединения, которые при сгорании превращаются в оксиды серы (IV) и (VI) – коррозионно-активные вещества. Они разрушают детали реактивных двигателей – сопла и др.

Korrosionsschutz-ohne-Chrom.jpg

Если рассматривать винтовые сваи, то химическая реакция возникает, как правило, на границе соприкосновения металла или сплава с кислородом или жидкостью (например, содержащейся в грунте водой).

Срок службы сваи при данном типе воздействия будет определяться прежде всего уровнем водородного показателя кислотности среды в грунте. При пониженном уровне pH, характерном для кислой среды, скорость протекания коррозии повышается. Также скорость химической коррозии зависит и от типа грунта. 

Впрочем, чем глубже располагается свая, тем ниже скорость химической коррозии (т.к. доступ кислорода к металлу под толщей грунта ограничен). 

При электрохимической коррозии всегда требуется наличие электролита (конденсат, дождевая вода и т.п.), с которым соприкасаются электроды – либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается.

Однако для реакции электролитической диссоциации необходим электрический ток. Откуда он берется в грунте? 

Дело в том, что существует такое явление, как блуждающие токи. Образуются они путем утечки с различных источников: железнодорожных и трамвайных путей, подземной техники, поврежденного электрического кабеля, заземлителей и т.д. Удельное сопротивление сваи ниже, чем грунта, потому ток переходит в нее, образуя катодную зону, и покидает ее, уходя обратно в землю, создавая при этом уже анодную зону. Единичные случаи прохождения блуждающего тока не оказывают влияние на сваю, но постоянное действие разрушает металлическую структуру сваи.

Стоит отметить, что электрохимическая коррозия – это самый распространенный вид коррозии, поэтому ниже мы рассмотрим ее более подробно на примере винтовых свай.

Выделяют несколько подвидов электрохимической коррозии:

  • атмосферная;
  • почвенная;
  • коррозия в электролитах (электролит – жидкость, проводящая электричество; наиболее агрессивный электролит – морская вода).

Очевидно, что для фундамента на винтовых сваях опасность представляют, в первую очередь, два подвида электрохимической коррозии – почвенная и атмосферная.

Почвенная коррозия – коррозия подземных металлических сооружений под воздействием почвенного электролита. На поверхности металлических изделий, находящихся в контакте с почвенным электролитом, вследствие местных неоднородностей металла или электролита возникает большое количество коррозионных элементов.

1329992877_soil.jpg

Однако нельзя забывать о том, что почвы и грунты чрезвычайно разнообразны и не только в пределах крупных регионов, но даже и в пределах одного небольшого участка. То есть на сравнительно небольшой площади могут встречаться грунты, существенно различающиеся по коррозионной активности: высококоррозионные (тяжелые глинистые, которые на протяжении долгого времени удерживают влагу), среднекоррозионные (суглинки) и практически инертные в коррозионном отношении (супеси, песчаные грунты).  Вследствие этого процесс может как ускоряться, так и значительно замедляться.

Влияние на скорость протекания почвенной коррозии оказывает целый ряд дополнительных факторов: влажность грунта, пористость (воздухопроницаемость), кислотность, электропроводность, минералогический состав и неоднородность грунта. Чем незначительнее влияние этих факторов, тем медленнее будет разрушаться металл под действием окружающей среды.

На основе измерения электропроводности и кислотности компания «ГлавФундамент» рассчитывает срок эксплуатации свай. Сама процедура замера проводится на месте возведения фундамента и занимает 30 минут. Итоговый отчет формируется в течение двух дней. 

Атмосферная коррозия – коррозионное разрушение конструкций, оборудования, сооружений, эксплуатируемых в атмосфере. Считается, что она носит менее разрушительный характер, чем, к примеру, почвенная коррозия. Однако рассматривая данное утверждение, необходимо учитывать тип почв: если это тяжелая глинистая почва и мероприятия по водоотведению не проведены, то она как правило хорошо удерживает влагу. В этом случае скорость протекания процесса коррозии действительно будет выше, а значит последствия его становятся более губительными для металла. Если это суглинок, то разница между почвенной и атмосферной коррозией уже менее значительна. Если же почва сухая (супесь, песок, суглинок), то степень разрушительности почвенной коррозии сопоставима с сухой атмосферной.

Скорость атмосферной коррозии также не является величиной постоянной и зависит от природы металла, окружающей его атмосферы и особенно влажности воздуха. Эта скорость изменяется от нуля для сухой атмосферной коррозии и достигает максимума для влажной атмосферной коррозии.

Автомойка самообслуживания, 2Л 89-3100 - 21 шт, оголовки 300х300, Воронежская область, панорама_JPG.jpg

Все это свидетельствует о том, что на протяжении всего процесса эксплуатации конструкции металл разрушается не с постоянной скоростью, а скачкообразно: на определенном этапе она может увеличиться, а затем замедлиться в разы. То есть скорость протекания процесса коррозии металла имеет нелинейный характер и находится в сильной зависимости от условий окружающей среды, воздействуя на которые можно свести негативное влияние внешних факторов к минимуму, увеличив тем самым срок службы металлоконструкций не на один десяток лет.

Так ограничение доступа кислорода и/или воды может привести к существенному замедлению процесса коррозии.

К примеру, если речь идет о фундаменте на винтовых сваях, то обязательной для зданий, возведенных на данном типе фундамента, является правильная обшивка цоколя с обустройством дренажной системы отвода воды, которая позволяет снизить влажность, а значит и скорость развития коррозионных процессов.

Обычно винтовые сваи могут прослужить не менее 50 лет, но если осуществить антикоррозийные мероприятия, срок их эксплуатации можно увеличить в два и даже в четыре раза.

Проанализировав все преимущества и недостатки существующих способов, мы выбрали для увеличения срока службы винтовых свай основные направлений: 

Дополнительные направления:

  • нанесение покрытия;
  • применение цинковых анодов (в особо агрессивных грунтах).

Немного особняком стоят заполнение канала ствола винтовой сваи и обшивка цоколя с обустройством дренажной системы. Данные процедуры носят рекомендательный характер, но пренебрегать ими, также как и дополнительными мерами защиты, не стоит, так как они позволяют значительно сократить доступ влаги к винтовым сваям.

Ниже мы рассмотрим особенности каждого из этих мероприятий, а также постараемся объяснить, почему одни способы мы относим к основным, а другие – к второстепенным. 

Обязательным условием подбора оптимальных геометрических параметров (толщина стенки ствола и лопасти) для конкретного объекта является проведение замеров коррозионной активности грунта на участке строительства. Полученные в ходе указанной процедуры данные используются специалистами проектного отдела и позволяют им заложить в проект фундамента именно те типоразмеры винтовых свай, которые наилучшим образом будут эксплуатироваться в конкретных грунтовых условиях. 

Толщина металла – важнейший показатель, влияющий на долговечность, прочность и надежность винтовой сваи. Увеличение толщины стенки ствола и лопасти винтовой сваи позволяет существенно увеличить срок службы изделия: так за счет увеличения толщины металлопроката всего лишь на 1 мм срок службы винтовой сваи даже в наиболее агрессивных грунтах (зола, шлак), в которых строительные работы практически не производятся, увеличивается до 20 лет, не говоря уже об обычных грунтах, где данный показатель может доходить до 50 лет (Eurocode 1993 - Part 5 - 2007).

Увеличение толщины металла является основным способом увеличения срока службы металлоконструкций, а в некоторых случаях (для почвенной коррозии) –даже альтернативой использованию защитного покрытия. Дело в том, что срок службы самого современного и качественного неметаллического покрытия, даже при условии его соответствия всем критериям ГОСТ 9.032-74 «Лакокрасочные покрытия», составляет не более 10 лет, а горячего цинкования, относящегося к металлическим покрытиям, – 15 лет (в соответствии с формулой, выведенной Американским институтом стали и сплавов (AISI)). Более того, нет гарантии, что в процессе погружения сваи в грунт, покрытие, особенно цинковое и полимерное, не получит повреждений на неровных шероховатых участках (в местах сварных соединений и т.п.). Вероятность повреждения существует и в случае столкновения с острыми предметами (камнями и т.п.). Подобные обстоятельства грозят возникновением локальной (точечной) коррозии. В этом случае ставку, определенно, лучше делать на толщину металла.

DSC_0171.jpg

Именно поэтому мы изготавливаем сваи с толщиной стенки ствола 4,5 мм, а также 6 и более мм, и толщиной лопасти 6 мм. Использование металлопроката толщиной 4,5 мм позволяет возводить свайно-винтовые фундаменты, соответствующие требованиям ГОСТ Р 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования», в соответствии с которым срок эксплуатации зданий и сооружений массового строительства в обычных условиях должен составлять не менее 50 лет. Использование же толстостенных цельнотянутых труб (6 и более мм) позволяет фундаменту на винтовых сваях конкурировать с традиционными бетонными фундаментами, возведенными в соответствии со всеми технологическими требованиями.

При выборе винтовых свай стоит уделить внимание и марке стали, из которой они выполнены. Отдать предпочтение следует легированным сталям.

Легирование стали – это добавление в состав металла различных компонентов и химических соединений, которые улучшают физико-механические характеристики металла, способствуя тем самым защите от коррозии. В ходе проведенных испытаний специалисты нашей компании выяснили, что использование материалов из стали марок 20 (углеродистая конструкционная сталь) и 30ХМА (высоколегированная сталь), позволяет значительно увеличить срок службы винтовых свай. Физико-химические особенности данной стали значительно превосходят традиционно применяемую сталь марки 3.

Хотя нанесение защитного покрытия относится лишь к дополнительным мерам защиты сваи от коррозии, полностью отказываться от его использования тоже не стоит, главное правильно выбрать покрытие из большого количества существующих вариантов. К примеру, горячее цинкование позволяет максимально эффективно бороться с атмосферной коррозией, но в тоже время практически бесполезно при почвенной коррозии и т.д.

Лакокрасочное покрытие сваи включает в себя два слоя – грунтовочный и покрывной.

Их функции: 

  • физическая защита поверхности сваи благодаря наличию у покрытия таких характеристик как твердость, эластичность, водонепроницаемость; 
  • химическая защита поверхности винтовой сваи за счет образования в ходе окислительной реакции защитного слоя, приводящего показатель pH в щелочное значение;
  • электрохимическая защита за счет пассивации поверхности сваи путем образования необходимого потенциала. 

При выборе антикоррозионной системы покрытий для решения задачи защиты металлической поверхности от воздействия различных факторов, вызывающих коррозию, руководствуются целым рядом критериев, из которых выбирают самый главный, определяющий (их может быть несколько), а остальные требования приводят в соответствие с ним. В любом случае, учитываются четыре фактора: 

  • свойства изделия; 
  • условия монтажа; 
  • условия эксплуатации; 
  • условия подготовки поверхности металла к нанесению и методы нанесения. 

Способ и качество подготовки поверхности к покраске также имеет значение, поскольку эффективность любого антикоррозийного покрытия на 90% зависит от указанных факторов.

Методы нанесения покрытия также могут лучше подходить для одних типов составов и быть абсолютно неприемлемыми для других. Чаще всего используются следующие виды окраски: 

  • пневмораспыление; 
  • безвоздушное распыление; 
  • комбинированное распыление; 
  • электростатическое; 
  • окунание; 
  • облив; 
  • ручной способ (при помощи валика, кисти и т.п.). 

Определяющими являются и другие внешние факторы, влияющие на срок службы покрытия, – высокие или низкие температуры окружающей среды, уровень влажности, давление, электрохимические процессы, радиоактивное или ультрафиолетовое облучение, абразивный износ, гидроабразивный износ, механическое воздействие, удары, экологичность и т.д.

Хороший вариант с точки зрения противостояния атмосферной коррозии – полимерное покрытие металлов. Оно характеризуется высокой прочностью и износоустойчивостью, а также высокой адгезией к поверхности. Благодаря тому, что полимерный слой, которым покрывается металл, образует герметичную монолитную пленку, полностью покрывающую поверхность изделия и прочно держащуюся на нем, Вы можете рассчитывать на довольно длительный срок эксплуатации с сохранением первоначальных качеств.

Существенным недостатком полимерного покрытия является сложность нанесения его на неровную шероховатую поверхность (к примеру, сварные соединения), что неизбежно ведет к скалыванию и возникновению точечной коррозии.

Лучшим вариантом среди неметаллических покрытий и простым в нанесении является современное двухкомпонентное антикоррозийное покрытие на основе полиуретановых смол. Оно также характеризуется высоким уровнем адгезии, большой прочностью и высокой защитой на неровных участках поверхности (стыки, сварные швы, выемки и т.п.). Кроме того, данное покрытие демонстрирует высокую стойкость при длительном нахождении в агрессивной грунтовой среде, при контакте с абразивными поверхностями и в условиях резкого температурного перепада.

IMG_8352_JPG.jpg

Многие производители в целях экономии используют уже устаревшее эпоксидное покрытие. В свое время оно неплохо зарекомендовало себя, но у покрытия на основе эпоксидных смол имеется целый ряд недостатков, которые отсутствуют у более современных аналогов: невысокая эластичность, повышенное водопоглощение, невысокая ударопрочность. Последний фактор значительно осложняет транспортировку таких свай и проведение монтажных работ в зимний период.

Еще один довольно распространенный на сегодняшний день вид покрытия – горячее цинкование. По ряду свойств это покрытие превосходит даже полимерное, однако использовать метод горячего цинкования следует с осторожностью, так как в соответствии с п. 9.2.8. СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» оцинкованные металлоконструкции запрещено использовать при проектировании конструкций зданий и сооружений, на которые воздействуют средне- и сильноагрессивные грунты с показателем pH ниже 3 (сильнокислотные) и выше 11 (щелочные).

Более того в соответствии с формулой, выведенной Американским институтом стали и сплавов (AISI), срок службы цинкового покрытия толщиной 85 мкм даже в самых благоприятных условиях не превышает 15 лет. В то же время, как мы уже говорили ранее, срок службы 1 мм углеродистой стали даже в самых агрессивных грунтах (зола, шлак) составляет 20 лет, не говоря уже об обычных грунтах, где данный показатель может доходить до 50 лет (Eurocode 1993 - Part 5 - 2007).

IMG_0439_JPG.jpg

Таким образом, можно говорить о том, что цинкование может стать отличным решением для наземных конструкций, но проигрывает другим видам покрытия, если речь заходит о металлоконструкциях, которые будут эксплуатироваться в грунте. Кроме того, при нанесении цинкового покрытия на неровные участки, также, как и в случае с полимерным, возникают трудности: при покраске стыков, сварных швов, выемок адгезия существенно снижается, что приводит к появлению сколов и последующему возникновению точечной коррозии. 

Все остальные существующие типы покрытия либо уступают перечисленным по качеству, либо аналогичны им, что делает их более детальное рассмотрение нецелесообразным.

Помимо вышеперечисленных довольно эффективным мероприятием является заполнение канала ствола винтовой сваи бетонным или песчано-цементным раствором, позволяющее замедлить развитие коррозионных процессов на внутренней поверхности ствола.

Как мы уже говорили ранее, правильная обшивка цоколя с обустройством дренажной системы отвода воды позволяет ограничить доступ влаги к металлоконструкции, а значит, и снизить скорость развития коррозионных процессов. Всем клиентам компании «ГлавФундамент» бесплатно предоставляется несколько вариантов технических решений отделки и утепления цоколя.

2854223-2048x1536-1375244338.jpg

Подводя итог, стоит выделить следующие ключевые моменты:

  1. Основным и наиболее эффективным способом борьбы с коррозией является увеличение толщины металла.
  2. Чем качественнее сталь, тем больше срок службы винтовых свай, именно поэтому следует отдавать предпочтение продукции, выполненной из легированной стали.
  3. Очень важно позаботиться об организации системы водоотведения, так как вода в сочетании с грунтом превращается в крайне агрессивную для металла среду. Ограничение доступа влаги к металлоконструкциям позволяет значительно снизить негативные последствия.
  4. Дополнительную защиту металла может гарантировать грамотно подобранное покрытие.
  5. Наличие ржавчины – это еще не конец света, а лишь начало длительного процесса, который протекает нелинейно: на определенном этапе скорость его протекания может увеличиться, а затем замедлиться в разы.

Кроме того, следует помнить, что канал ствола сваи заполняется песчано-цементным либо бетонным раствором, который будет осуществлять поддерживающую функцию, даже если произойдет точечное разрушение металла.



Была ли информация для Вас полезной?
0
0
0

Статьи по теме