Грунт в любом случае содержит некоторое количество воды, кроме того, влага выделяется и на внутренней стенке трубы вследствие перепада температур и давления под землей. Таким образом, винтовая свая в первую очередь испытывает влияние влажности на свою структуру. Кроме того, в воде могут быть растворены химические вещества, оказывающие разрушительное действие на металл.

Воздействие молекул воды на молекулы железа приводит к окислению железа, что приводит к разрушению кристаллической решетки металла.

Различают несколько видов разрушения металла в случае винтовых свай:

– Химическая коррозия

– Электрохимическая коррозия

– Механическая эрозия

2. Химическая коррозия

Химической коррозии подвергается внешние слои металла, соприкасающиеся с агрессивной средой (в данном случае это почва или окружающий атмосферный воздух).

На границе между металлом и окружающей средой протекает химическая реакция, в частности, взаимодействие с водой и окисление поверхностных слоев. Очевидно, что чем выше содержание кислорода в грунте, тем быстрее происходит реакция. Почвы различаются по степени кислотности, так называемом рН. Чем ниже уровень рН, тем выше кислотность почвы, тем выше скорость коррозии.

С понижением уровня грунта насыщение его кислородом понижается, и степень разрушения металла на глубине ниже, чем в приповерхностных уровнях.

Схематическое отображение процесса коррозии металла

3. Электрохимическая коррозия

Содержащаяся в грунте вода всегда содержит растворенные в ней ионы солей, кислот, и в результате становится электропроводником. В данном случае вода подобна электролиту в аккумуляторе. В то же время в толще земли всегда имеется наличие блуждающих электрических токов – из-за утечки от заземлителей, железнодорожных путей, поврежденного кабеля и т. д. Сопротивление металла в толще земли ниже, чем сопротивление самого грунта, и электрический ток переходит в металл, и в то же время уходит обратно в землю. В таком случае ток проходит через металлическое тело, помещенной в грунт, в частности, тело в случае винтовой сваи. При постоянном прохождении микротоков, металл начинается разрушаться.

Развитие процесса коррозии

4. Механическая эрозия

Этот вид разрушения металла обусловлен механическим воздействием соприкасающейся с винтовой сваей окружающей среды – будь то грунт или атмосферный воздух:

Во-первых, при закручивании сваи поверхностный слой испытывает огромные напряжения от соприкосновения с грунтом.

Во-вторых, в процессе эксплуатации на поверхности трубы и лопасти возникают деформация из-за температурных перепадов, причем это касается как самого грунта, так и металла.

Микроструктура корродированного участка

5. Способы уменьшения влияния коррозии на долговечность винтовых свай

В рассмотренных примерах воздействия на металл со стороны внешней среды можно увидеть и способы уменьшения такого воздействия.

В первую очередь – разрушение идет постепенно и начиная с поверхностных слоев – следовательно, можно увеличить толщину самого металла. Очевидно, что чем толще стенка трубы, тем дольше она будет разрушаться. Это же касается и толщины лопастей.

Однако чем толще стенка трубы, тем труба имеет больший вес и тем дороже, в конечном счете, фундамент.

Степень разрушения металла от разных видов коррозии уменьшается при использовании легирующих добавок. Самый яркий пример – нержавеющая сталь, в которой содержится никель, хром, молибден и другие химические элементы, препятствующие окислению стали. Понятно, что в идеале винтовые сваи следовало бы изготавливать из нержавейки, но стоимость такого фундамента возрастет в несколько раз. Тем не менее, для винтовых свай используются трубы, изготовленные из специальных марок сталей (ст20, ст30ХМА), менее подверженных коррозии, чем рядовые стали (ст3).