Чем защитить сваи фундамента

Эффективные способы гидроизоляции свайного фундамента

Гидроизоляция – важный этап в процессе строительства свайного фундамента.

Разобравшись с особенностями технологии для различных типов опор, строитель может самостоятельно реализовать мероприятие, тем самым продлив срок службы будущей силовой конструкции.

В статье рассмотрим основные методы и способы изоляции от влаги для различных типов свайных основания.

Нужна ли?

Свайный фундамент хорошо зарекомендовал себя, как несущая конструкция практически в любых гидрогеологических условиях, в том числе в грунтах с высоким содержанием влаги и при близком залегании источников к поверхности земли.

Расширение – одно из опасных для оснований результатов воздействия воды. Когда капли влаги проникают в поры материала и замерзают, они увеличиваются в объеме и разрушают структурные связи между частицами, приводя к преждевременному разрушению конструктивных элементов основания.

Кроме того, в почвенной воде содержатся соли, минералы и другие вещества. Насыщенный агрессивными химическими компонентами состав воды приводит к разрушению бетона, окислению и коррозии металла, в том числе арматуры внутри опор.

Содержащийся в воде кислород дополнительно усиливает эффект разрушения фундамента – при химическом взаимодействии между частицами происходит расслаивание бетона, а металл окисляется и на нем появляются следы коррозии.

При близком залегании грунтовых вод опасно для фундамента механическое вымывание. В результате структура материала конструктивных элементов становится пористой и очень скоро разрушается, а имеющиеся трещины и углубления еще больше расширяются.

Перечисленные аспекты являются предпосылками для реализации мер гидроизоляции свайного и любого другого основания. Для каждого типа опор, применимы свои способы защиты материала от разрушающего воздействия воды.

Какие материалы подойдут?

На текущий день потребителю доступен широкий ряд гидрофобных составов. По способу нанесения товар делят на такие типы:

Напыляемые – составы на основе полиуретана, битума, акрила и других веществ с ускоренной вулканизацией. Чаще всего для фундаментов используют напыляемую жидкую резину и акриловые двухкомпонентные составы.

Как правило, материал содержит основной элемент и катализатор, ускоряющий процесс отвердевания. Дополнительные добавки придают материалу эластичность и прочность. Помимо гидроизоляционных качеств, напыляемые смеси отличаются долговечностью, стойкостью к химическим веществам, разрыву и излому. Скорость высыхания – от 12 до 20 часов.

Обмазочные – эластичные мастики на основе холодного битума, которые продаются уже готовыми к применению. Дополнительными компонентами в составе могут быть: цемент, песок, модификаторы, пластификаторы и растворители. Недостаток битума заключается в его недолговечности – со временем материал теряет эластичность и разрушается. Производители компенсируют это свойство добавкой резиновых компонентов, которые увеличивают срок службы защитного слоя и увеличивают стойкость к температурным перепадам.

Пропиточные – смеси на основе цемента, песка и специальных добавок. Принципиальное отличие материала заключается в том, что гидроизоляционный слой создается не на поверхности конструктивного элемента, а внутри его тела. Химические вещества пропиточного продукта взаимодействуют с частицами воды в бетонном растворе, в результате чего образуются гидрофобные кристаллы, которые заполняют поры основного материала. Недостаток технологии – по возможности не используют способ как основное мероприятие для защиты фундамента, поскольку ненамного уменьшают водопроницаемость бетона.

Проникающие – сухие смеси, которые работают по принципу, описанному для предыдущего материала. Отличительная особенность – относятся к обмазочным материалам. Сухую смесь замешивают с водой перед непосредственным применением. Глубина проникновения составляет 10–12 см. Преимущества метода: нерастворимые кристаллы характеризуются стойкостью по отношению не только к самой влаге, но и химическим веществам, содержащимся в ней.

Рулонные гидроизоляционные материалы – в рассматриваемом случае используют рубероид, техноизол, стеклорубероид, пергамин. Материал отличается водоотталкивающими свойствами, повышенной прочностью, долговечностью, а также отсутствием каких-либо эффектов в виде швов или склеек.

Тип гидроизоляционного материала	Стоимость	Расход
Напыляемые материалы	от 500 руб./кг	4,5–6 кг/м 2
Проникающие добавки	от 300 руб./кг	0,8–1,1кг/м 2
Пропиточные	от 300 руб./кг	1% от объема раствора
Листовая гидроизоляция	от 50 руб./м 2	1,2 м 2 /м 2
Обмазочные смеси	150 р./кг	3,5–4,5 кг/м 2

Методы

Способ гидроизоляции свай напрямую связан с технологией их устройства в грунте. Методы регламентируются правилами СП 28.13330.2017.

Для свайно-забивного

По материалу изготовления забивные сваи бывают:

Изделия из бетона, усиленные армирующим каркасом, защищают от воздействия влаги на этапе производства методом добавления пропиточных смесей.

Когда строитель не уверен в добросовестности производителя или хочется дополнительно защитить фундамента от воды, сульфатов, серных соединений и других агрессивных компонентов в почве, то он может нанести на поверхность опоры обмазочный материал в виде проникающий смеси, замешанной с водой.

Металлические забивные опоры защищают от коррозии обмазочными (горячей резиной) или напыляемыми материалами, создавая гидрофобный слой на поверхности изделия. Деревянные столбы предварительно пропитывают гидроизоляционными составами, предназначенными для дерева, после чего наносят слой битумной мастики.

Особенность гидроизоляции забивного фундамента заключается в том, что в процессе погружения поверхность свай подвергается абразивному воздействую почвы, в результате чего часть защитного слоя стирается. Поэтому покупателям стоит выбирать конструктивные изделия, для которых гидроизоляционные мероприятия уже предусмотрены на этапе производства.

Для набивных и буронабивных свай

Технология монтажа такого фундамента заключается в том, что сваи изготавливают непосредственно на стройплощадке, заливая подготовленные скважины бетонным раствором.

В этом случае строители могут принять такие меры, чтобы защитить силовую конструкцию от разрушающего воздействия воды:

• добавить проникающие добавки в раствор бетона;
• использовать листовой материал с водоотталкивающими свойствами (рубероид, пергамин и т.д.) в качестве инвентарной трубы;
• покрыть арматурный каркас обмазочным или напыляющим материалов.

Реализовав комплекс перечисленных мероприятий, строитель может значительно продлить срок службы силовой конструкции.

Защита винтового основания от разрушающего действия воды

Винтовые сваи могут быть железобетонными и металлическими. В первом случае реализуют мероприятия по защите от влаги, как и для забивных ж/б опор.

Стальные винтовые стержни реализуются уже с гидрофобным слоем, который создавался по одной из технологий:

• горячее оцинкование;
• холодное оцинкование;
• нанесение обмазочного состава;
• напыление.

Первый метод предполагает погружение изделия в ванну с расплавленным цинком при температуре более 450 о С.

Затем сваю вынимают и в процессе взаимодействия с кислородом воздуха цинк окисляется, создавая стойкий к коррозии и механическим повреждениям слой на внешней и внутренней поверхности изделия. Остальные методы нанесения защитного слоя реализуют с помощью пневматического оборудования или безвоздушным способом.

Готовые изделия уступают сваям предыдущего типа по гидрофобным свойствам, но при этом стоят значительно дешевле. В бытовых условиях собственник может дополнительно защитить свайные изделия напыляемыми материалами (жидкой резиной или пенополиуретаном).

Способы

Ниже представлены способы гидроизоляции свайного фундамента, которые чаще всего используют в частном домостроении.

Использование горячего битума

Перед нанесением поверхность опоры нужно максимально очистить от любых крошек и пыли.

Битум привозят на участок в твердом виде, а затем разогревают до температуры плавления и в таком состоянии наносят на всю поверхность.

Преимущество способа:

• низкая стоимость материала,
• высокая степень защиты от влаги.

Недостаток: хрупка структура материала, в связи с чем непродолжительный срок службы защитного слоя.

Нанесение битумной мастики

В мастику на основе битума изначально добавлены специальные вещества, которые нейтрализуют недостаток чистого битума, делая смесь эластичной и стойкой по отношению к механическим воздействиям и температурным перепадам. Благодаря вязкой структуре мастика легко наносится, не оставляя швов.

Наносят материал слоями с помощью кисточки или безвоздушного распылителя. Защитный слой быстро застывает, после чего сразу изделие готово к использованию в строительстве. В процессе эксплуатации битумная мастика также защищает основной материал сваи от взаимодействия с химически агрессивной средой.

Напыление жидкой резины или пенополиуретана

Напылять жидкую резину или пенолиуретан можно как на металлические, так и на бетонные сваи. Перед нанесением поверхность очищают от пыли и известкового молочка.

Наносят материал безвоздушным распыляющим аппаратом при температуре воздуха от +5 до +35 о С. В результате образуется бесшовная мембранная, стойкая к влаге, химических веществам, механическим ударам и температурным перепадам.

Срок службы защитного слоя – 40 лет.

Пропитка различными материалами

Пропитки считают одними из наиболее эффективных гидроизоляционных материалов. Они образуют водонепроницаемые микрокристаллы в капиллярах бетона. Добавляются пропитки на этапе производства свай.

Полезное видео

Дополнительная информация по гидроизоляции свайного фундамента в видео:

Заключение

Свайная технология предусматривает реализацию гидроизоляционных материалов. На практике применяют обмазочные, проникающие, напыляющие и листовые материалы, чтобы защитить конструктивные элемента от разрушающего действия воды. Все гидрофобные составы можно свободно приобрести в строительных магазинах, чтобы использовать при закладке свайного фундамента своими руками.

Источник

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

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.

Содержание статьи:

1. 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.

Корродирующий материал – материал, подвергающийся коррозии.

Коррозионная среда – среда, в которой происходит коррозионный процесс.

Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться воздействию среды.

По механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую.

1.1. Химическая коррозия металла винтовой сваи

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

Для химической реакции характерно:

• наличие непосредственного контакта частиц;
• хаотическое взаимодействие по всему объему или площади;
• при взаимодействии веществ прохождение электроном путь порядка ионного радиуса;
• выделение энергии путем выделения тепла.

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).

1.2. Электрохимическая коррозия металла винтовой сваи

Электрохимическая коррозия протекает через электродные реакции, в большинстве случаев –во влажной среде. К этому виду коррозии относят коррозию в водных растворах, атмосферную коррозию под влиянием пленок влаги на поверхности, а также коррозию в грунте. В коррозионном процессе при электрохимической коррозии выделяются сопряженные реакции: анодная реакция окисления и катодная реакция восстановления.

Для электрохимической реакции характерно:

• протекание без прямого контакта частиц;
• пространственное разделение реагирующих частиц (разделение на анод и катод);
• при взаимодействии веществ в ходе реакции прохождение электроном большого пути, который зависит от конструкции электрохимической ячейки (разделение на анод и катод, через которые проходит постоянный ток);
• выделение энергии в виде электрической.

Большая часть коррозионных процессов в естественных условиях относится к электрохимическим. Они часто протекают с участием электрохимических ячеек, подобных гальваническим элементам и называемых коррозионными элементами. Существуют два основных типа таких элементов:

• коррозионные элементы с разделенными анодными и катодными поверхностями (например, изделие, выполненное из разных видов металлов);
• коррозионные элементы с неразделенными анодными и катодными поверхностями, в которых вся поверхность металла служит и анодом, и катодом (например, изделие, выполненное из одного вида металла).

Рисунок 1 — Коррозионный элемент: а) – анодная и катодная поверхности различимы; б) – анодная и катодная поверхности неразличимы

Чтобы произошла электрохимическая коррозия металла, необходимо присутствие окислителя, способного восстанавливаться. Чаще всего окислителем является растворенный в воде кислород.

Коррозия в грунте, как правило, протекает именно по электрохимическому механизму с кислородной деполяризацией. Электрохимическая коррозия всегда требует наличия электролита (роль электролита играет влага, содержащаяся в грунте – конденсат, грунтовая 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 соответственно увеличивается.

Однако для реакции электролитической диссоциации необходим электрический ток. Откуда он берется в грунте? Существует два источника тока – внешний и внутренний.

Внешний источник – 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 ячейка, образованная внешним источником тока, называется электролизером.

Кроме того, электрическая энергия может образовываться из химической в ходе электрохимической реакции, что является внутренним источником образования электрического тока. Реакция, химическая энергия которой в элементе превращается в электрическую, называется токообразующей реакцией. Электрохимическая ячейка, способная сама производить электрический ток, называется гальваническим элементом.

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

2. 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 агрессивности: 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 менее губительна, 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 это супесь или песок, то степень разрушительности почвенной коррозии сопоставима с 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.

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».

2.1. Особенности влияния условий протекания почвенной коррозии на скорость развития коррозионных процессов винтовых свай

Существует ряд дополнительных факторов, на которые также стоит обратить внимание, рассматривая механизмы воздействия почвенной коррозии на металлические конструкции.

Если катод и анод расположены близко друг к другу (например, стальная свая), а рН влаги в грунте >5, коррозионные продукты могут образовывать покрытие, защищающее поверхность стали. В этом случае коррозия будет равномерной, и ее скорость будет падать во времени.

Если анод и катод удалены друг от друга (например, стальной трубопровод), и это удаление составляет порядка 1-2 км, то образующиеся на аноде ионы металла будут мигрировать с током к катоду. Продукты коррозии будут оседать между анодом и катодом. Поэтому они не образуют защитного покрытия на аноде, где будет активно проходить питтингообразование. Поскольку защитное покрытие на аноде не образуется, скорость коррозии не убывает во времени, а может наоборот возрастать. Если площадь катода во много раз больше площади анода, то анодная плотность потока, а значит, и скорость питтингообразования, будет высокой.

Исследованию работы стальных свай уделено немало внимания. К примеру, английские исследователи Е. Прентис и Л. Уайт в своей работе «Подводка фундаментов под существующие здания» отмечают, что металлическая оболочка сваи остается неповрежденной до тех пор, пока она соприкасается с грунтом. Одним из возможных объяснений этого явления может служить то обстоятельство, что поверхность оболочки каждой такой сваи вследствие наличия в грунте кислорода несколько ржавеет, причем этот образующийся слой ржавчины благодаря соприкосновению с землей удерживается на месте, не позволяя обнажиться следующему слою, который мог бы оказаться подверженным коррозии. Иными словами, благодаря образованию некоторого налета ржавчины труба оказывается защищенной этим слоем от дальнейшего ржавления. Они также приводят в качестве примера тот факт, что в соответствии с нью-йоркскими строительными нормами при использовании набивных свай в стальных оболочках под новое строительство внутреннюю арматуру не применяют, а из эффективной площади сечения трубы при расчетах исключают наружное кольцо толщиной в 1,5 мм. Подразумевается, что остальное сечение трубы коррозионному разрушению подвергаться не будет. Обобщая американский исследовательский опыт, Д.А. Леонардс и другие в труде «Основания и фундаменты» анализируют опыт применения трубчатых и Н-свай в Нью-Йорке, Кливленде, Чикаго и указывают на то, что обычно коррозия стальных свай отсутствует, если они находятся ниже уровня циркуляции воздуха, т.е. примерно на 60 см ниже поверхности земли, а колебания УПВ в отсутствие воздуха не влияют на их разрушение.

Остановимся подробнее на вопросе коррозионного разрушения металлических свай, погружаемых с вытеснением грунта в их объеме и работающих затем в уплотненном глинистом грунтовом массиве. Как правило, плотность грунта у боковой поверхности свай, погружаемых с полным вытеснением грунта, увеличивается на 10% и более. При этом, соответственно, снижается пористость грунта, а коэффициент фильтрации уменьшается в десятки и сотни раз. Действительный срок службы таких свай в зависимости от инженерно-геологических и эксплуатационных условий можно установить.

В результате уплотнения грунта скорость коррозии свай резко снижается. Известный советский инженер Э.М. Гендель в своей работе «Инженерные работы при реставрации памятников архитектуры» пишет, что коррозирует только внешний слой металла толщиной 3-4 мм, а образовавшаяся при этом пленка защищает его от дальнейшего разрушения. Отметим также, что даже начавшийся процесс коррозии сваи в грунте должен стать затухающим: связав весь свободный кислород, продукты коррозии, значительно увеличиваясь в объеме по сравнению с исходным металлом, дополнительно уплотняют окружающий массив грунта.

Источник