Коррозия винтовых свай: причины, виды и способы устранения

Винтовые сваи изготавливаются из стали — металлического сплава на основе железа. Все металлы в той или иной степени подвержены коррозии — химической реакции взаимодействия с другими веществами, в первую очередь с кислородом. 

Процессы коррозии протекают с различной скоростью в зависимости от разных факторов. Зная эти особенности, можно значительно замедлить разрушение и продлить срок службы металлоконструкций.

Атмосферная и почвенная коррозия 

Винтовые сваи — это полые металлические трубы с расположенными в нижней части ствола заостренным наконечником и лопастями. В закрученном положении над поверхностью земли остается небольшой отрезок ствола, остальная свая расположена в земле. 

Атмосферная коррозия затрагивает надземную часть сваи и ее внутреннюю поверхность. Воздух, в состав которого входит кислород, соприкасается с внешней поверхностью сваи, а также проникает в полость ствола, где контактирует с внутренней поверхностью по всей длине опоры.

В сухом воздухе взаимодействие железа с кислородом происходит неактивно, и ржавчина образуется медленно. Однако влажные осадки, туман, конденсат от разницы суточных температур увеличивают скорость распространения ржавчины.

Почвенной коррозии могут подвергнуться почти весь ствол сваи, наконечник и лопасти, находящиеся в грунте. Внешняя поверхность этих элементов практически не сообщается с атмосферой, и опасность реакции с кислородом в сухой почве низкая, особенно глубже 60 см, где уже нет естественной поверхностной аэрации. 

Частицы грунта выступают в качестве природного изолятора, плотно прилегая к металлу. К сожалению, такая идиллическая антикоррозийная ситуация — редкость. Как правило, грунт содержит определенное количество влаги: как от впитываемых осадков, так и от залегающих в нем грунтовых вод. 

Наименее опасны песчаные грунты и супеси, из которых вода быстро уходит, а вот удерживающие влагу глины и суглинки создают более весомые коррозионные риски. В грунтовых водах могут быть растворены агрессивные химические вещества, также в почве распространяются электрические токи, усиливающие окисление. 

Химическая и электрохимическая коррозия

Реакции окисления, или взаимодействия железа с кислородом, по механизму процессов делятся на химическую и электрохимическую коррозию:

• Химическая коррозия протекает при непосредственном контакте атомов кислорода и железа, хаотично по всей поверхности соприкосновения. Она характеризуется передвижением электронов только до близлежащих ионов на расстоянии ионного радиуса. 

• Электрохимическая коррозия вызывается разницей потенциалов, возникающей на поверхности металла преимущественно во влажной среде. Влага играет роль электролита. Поверхность сваи становится анодом, притягивающим отрицательно заряженные ионы, вызывающими окисление. Электропроводность жидкости тем выше, чем больше в ней растворено солей и кислот.

Электрохимическая коррозия протекает как в атмосфере на влажной поверхности металла, так и в почве. Источник электрического напряжения в грунте — блуждающие токи. Обычно сила блуждающих токов невелика и фиксируется только специальной аппаратурой, но их постоянное воздействие на металл сваи провоцирует коррозионные процессы. 

Учитывая обилие железнодорожных и трамвайных путей, тоннелей метрополитена, подземных кабелей, заземлений электроподстанций и различного оборудования, вероятность протекания блуждающих токов высока в любом месте, особенно вблизи городов и промышленных зон.

Факторы, влияющие на коррозионные процессы

Скорость протекания разрушительных изменений в металле зависит от сочетания условий:

1. Влажность среды всегда активизирует коррозию, которая может протекать скачкообразно — ускоряясь в дождливый сезон или замедляясь при сухой погоде.
2. Плотность грунта затрудняет проникновение воздуха и воды, в то время как пористый грунт способствует контакту поверхности сваи с кислородом.
3. Кислотность почвы также имеет значение. Кислая среда ускоряет процесс коррозии, так как она растворяет окислы на поверхности металла, и реакция окисления уходит вглубь.
4. Электропроводность грунта или атмосферы запускает более быстро протекающую электрохимическую коррозию.
5. Глубина погружения сваи — наибольшую коррозионную нагрузку испытывает участок ствола в поверхностном слое почвы.

Способы противодействия коррозии 

Основное направление в борьбе с коррозией за повышение срока эксплуатации стальных винтовых свай — предотвращение взаимодействия железа с кислородом. Это делается путем физической изоляции металла, а также с подключением химических защитных процессов:

• Легирование стали. Легирование — введение в состав стали элементов, улучшающих её антикоррозионные свойства, в первую очередь хрома. 
• Увеличение толщины металла. Стенки ствола и лопасти сваи корродируют, начиная с поверхности, в течение достаточного длительного времени. Зная степень агрессивности среды, можно рассчитать, какой толщины металла будет достаточно для обеспечения проектной прочности на заложенный срок эксплуатации. Стоит принять во внимание, что такой способ повышает материалоемкость и стоимость изделия. 
• Металлические защитные покрытия. Наиболее применяемый метод протекторного металлического покрытия стальных изделий — оцинковка. Слой цинка не только пассивно изолирует сталь от контакта с кислородом, но и активно включается в электрохимический процесс: цинковое покрытие становится анодом, а свая катодом. 

• Неметаллические антикоррозийные покрытия. Задача лакокрасочных и полимерных покрытий — не допустить контакта поверхности металла с воздухом или влагой. Эффективно справляются с этим пленки толщиной 30-120 мкм. Наиболее надежными, прочными и долговечными зарекомендовали себя эпоксидные и порошково-полимерные покрытия с высокой адгезией, на склонные к отслаиванию и стойкие к механическим повреждениям. 
• Комбинированные покрытия цинк/полимер. Комбинированные покрытия сочетают в себе достоинства активного металлического протектора и прочность полимерной изоляции. 
• Обсадные полимерные трубки. Отрезки термоусадочных пластиковых труб надеваются на ствол сваи перед закручиванием и прогреваются строительным феном до плотного прилегания. Дополнительно защищают наиболее подверженное коррозии место в верхнем слое почвы и на границе грунта и воздуха. 
• Защита ствола сваи изнутри заполнением ЦПС. Цементно-песчаная смесь, засыпанная в полость ствола, вытесняет воздух, прилегает к стенкам и защищает их от проникновения воздуха и влаги в ходе эксплуатации;
• Водоотведение при обустройстве фундамента. Уменьшение влажности среды вокруг свай достигается путем прокладки дренажа на участке и монтажа отмостки вокруг дома.
• Обшивка цоколя. Защищает надземные части свай от дождя и снежных заносов, снижая риск возникновения коррозии. 

Сочетая эффективные способы защиты от коррозии при производстве, монтаже и эксплуатации стальных винтовых свай, срок их безопасного использования можно продлить до 50 лет и больше.