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

Технология Гражданское строительство Промышленное строительство Проектирование Гарантия


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

Винтовые сваи изготавливают из стали, а потому срок их службы зависит в первую очередь от скорости возникновения и развития коррозионных процессов. Это заставляет потенциальных клиентов сомневаться в надежности технологии, поэтому в статье мы рассмотрим некоторые факторы, влияющие на срок службы свайно-винтового фундамента, и способы защиты.

Виды коррозии металлов

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов, вызванное химическим или физико-химическим воздействием окружающей среды, основная причина которого – термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

По механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия металла винтовой сваи

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.

У винтовых свай химическая реакция возникает, как правило, в точке соприкосновения металла или сплава с кислородом или жидкостью (например, содержащейся в грунте водой).

Срок службы сваи при данном воздействии будет зависеть от уровня водородного показателя кислотности среды в грунте (при пониженном уровне pH, характерном для кислой среды, скорость повышается) и от типа грунта. 

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

Электрохимическая коррозия металла винтовой сваи

Электрохимическая коррозия всегда требует наличия электролита (конденсат, дождевая вода и т.п.), с которым соприкасаются электроды – либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с отличающимися 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? Существует такое явление, как блуждающие токи. Образуются они путем утечки с разных 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 уже анодную зону. Единичные случаи прохождения блуждающего тока не повлияют на сваю, но постоянное действие разрушает ее металлическую структуру.

Электрохимическая коррозия – это самый распространенный вид коррозии, поэтому ниже мы подробно рассмотрим ее на примере винтовых свай.

Воздействие электрохимической коррозии на свайно-винтовой фундамент

Для фундамента на винтовых сваях наибольшую опасность представляют два подвида электрохимической коррозии – почвенная и атмосферная.

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

Однако нельзя забывать, что почвы и грунты чрезвычайно разнообразны и не только в пределах крупных регионов, но и в пределах одного небольшого участка. То есть на сравнительно небольшой площади могут встречаться грунты с разной степенью коррозионной активности: высококоррозионные (тяжелые глинистые, которые на протяжении долгого времени удерживают влагу), среднекоррозионные (суглинки) и практически инертные в коррозионном отношении (супеси, песчаные грунты).

На разницу протекания коррозионных процессов в разных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 «Фундаменты» (пункт 10.3.5). В соответствии с данным документом остаточная толщина стальных свай, устанавливаемых в ненарушенные почвы, «остается в пределах допустимых значений толщины даже после многих десятилетий эксплуатации», так как скорость коррозии в данных грунтах не превышает 1-2 мм за 100 лет. В то же время в нарушенных почвах «использование окислительно-восстановительного потенциала, удельного сопротивления грунта и значений рН может иметь определенное значение для прогнозирования скоростей коррозии». Однако даже в этом случае толщину металла следует подбирать исходя из степени агрессивности нарушенных почв.

Выдержки из Британского стандарта показывают, что на скорость протекания почвенной коррозии влияет и ряд дополнительных факторов: влажность грунта, его пористость (воздухопроницаемость), кислотность, электропроводность, минералогический состав и неоднородность.  В зависимости от характера изменений какого-либо из указанных параметров может произойти как ускорение коррозионных процессов, так и их замедление.

Атмосферная коррозия – разрушение конструкций, оборудования, сооружений, эксплуатируемых в атмосфере. Считается, что она носит менее губительный характер, чем почвенная. Однако рассматривая это утверждение, необходимо учитывать тип почв: если это тяжелая глинистая почва и мероприятия по водоотведению не проведены, то она как правило хорошо удерживает влагу. Следовательно, скорость коррозии будет выше. Если это суглинок, то разница между почвенной и атмосферной коррозией уже менее значительна. Если же почва сухая (супесь, песок), 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 минимума для сухой и до максимума для влажной атмосферной коррозии.

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

Все это свидетельствует, что металл разрушается не с постоянной скоростью, а скачкообразно: на определенном этапе скорость может увеличиться (сразу после установки из-за вмешательства в структуру грунта, весной/осенью при высокой влажности воздуха), а затем уменьшиться в разы (из-за уплотнения грунта, произошедшего естественным путем, в жаркий сухой сезон). 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. Для фундаментов из винтовых свай обязательна правильная обшивка цоколя с обустройством дренажной системы, которая снижает влажность, а значит и скорость развития коррозионных процессов. Технические решения по устройству цоколя для фундамента из винтовых свай собраны в разделе «Отделка и утепление цоколя». 

Наиболее эффективные способы борьбы с коррозией винтовых свай

Увеличение толщины лопасти и стенки ствола

Обязательным условием подбора оптимальных геометрических параметров (толщина стенки ствола и лопасти) для конкретного объекта является проведение измерений коррозионной активности грунтов на участке строительства, а также выполнение расчета срока службы с последующей проверкой остаточной толщины стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам.

Используя эти данные, специалисты проектного отдела заложат в проект фундамента именно те типоразмеры 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 существенно увеличивает срок ее службы: так за счет увеличения толщины металлопроката всего лишь на 1 мм срок службы винтовой сваи даже в наиболее агрессивных грунтах (зола, шлак), в которых практически не строят, увеличивается до 20 лет, не говоря уже об обычных грунтах, где этот показатель может доходить до 50 лет.

DSC_0171.jpg

Увеличение толщины металла – основной способ увеличения долговечности металлоконструкций – в некоторых случаях полностью исключает применение защитного покрытия.

Срок службы самого современного и качественного неметаллического покрытия, даже соответсвующего критериям ГОСТ 9.032-74 «Лакокрасочные покрытия», составляет не более 10 лет, а горячего цинкования, относящегося к металлическим покрытиям, – 15 лет (по данным Американского института стали и сплавов (AISI)). Более того, нет гарантии, что во время установки сваи из-за значительного абразивного воздействия или столкновения с острыми предметами (камнями и т.п.) покрытие не получит повреждений. В этом случае ставку, определенно, лучше делать на толщину металла.

Компания «ГлавФундамент» для обеспечения нормативного срока службы зданий и сооружений в соответствии с ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» проводит на всех объектах измерения коррозионной активности грунтов (подробнее в статье «Экспресс-геология (геолого-литологические изыскания) и измерения коррозионной активности грунтов»).

Использование легированной стали

Выбирая сваи, уделите внимание марке стали. Хороший вариант – легированная сталь.

Легирование стали – это добавление в состав металла разных компонентов и химических соединений, которые улучшают физико-механические характеристики металла и защищают от коррозии. Использование стали марок 20 (углеродистая конструкционная сталь) и 30ХМА (высоколегированная сталь), увеличивает срок службы винтовых свай. По физико-химическим свойствам эти стали превосходят традиционно применяемую сталь марки 3. Подробнее о сталях рассказывается в статье «Использование стали различных марок в производстве винтовых свай».

Использование цинковых анодов

Для защиты свай также используются цинковые аноды.

Это вариант протекторной защиты, при котором металл с повышенными электроотрицательными качествами (ингибитор) при наличии электролита образует гальваническую пару с основным металлом. Обладая большим электроотрицательным потенциалом, ингибитор становится анодом и постепенно растворяется, защищая основной металл от разрушения под действием электрохимической коррозии. 

Заполнение канала ствола винтовой сваи. Обшивка цоколя

2854223-2048x1536-1375244338.jpg

Заполнение канала ствола винтовой сваи бетонным или песчано-цементным раствором замедляет развитие коррозионных процессов на внутренней поверхности ствола. Больше информации в статье «Обоснование необходимости бетонирования ствола винтовой сваи».

Как мы уже говорили, правильная обшивка цоколя с устройством дренажной системы ограничивает доступ влаги к металлоконструкции и снижает скорость коррозии. Всем нашим клиентам мы бесплатно предоставляем варианты технических решений отделки и утепления цоколя (примеры в разделе «Отделка и утепление цоколя»). 

Антикоррозионные покрытия винтовых свай

Покрытие – только дополнительная мера защиты свай от коррозии, так как во время установки в грунт конструкции испытывают значительное абразивное воздействие.

Виды покрытий:

  • полимерные;
  • грунты-эмали по ржавчине;
  • полиуретановые;
  • эпоксидные;
  • цинковые (полученное методом горячего или холодного цинкования).

Подробные результаты испытаний перечисленных покрытий Вы можете найти в статье «Сравнительный анализ различных типов антикоррозийного покрытия».  

Выводы

  1. Основным и наиболее эффективным способом борьбы с коррозией является увеличение толщины металла, использование легированных сталей и цинковых анодов.  
  2. 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.
  3. Дополнительную защиту металла может обеспечить покрытие.
  4. Наличие ржавчины – это еще не конец света, а лишь начало длительного процесса, который протекает нелинейно: на определенном этапе его скорость может увеличиться, а затем замедлиться в разы.
  5. Канал ствола сваи заполняется песчано-цементным либо бетонным раствором, который будет осуществлять поддерживающую функцию, даже если произойдет точечное разрушение металла, и минимизирует коррозионное воздействие на внутреннюю поверхность ствола.




Была ли информация для Вас полезной?
123
7
12

Статьи по теме