Фундамент является важнейшей частью сооружений, и он в значительной степени влияет на структурную целостность конструкции. Фундаментные конструкции обычно подвергаются различным формам атак со стороны подземных вод и грунтов, поэтому необходимо предпринимать необходимые меры защиты.
Как защитить фундаментные конструкции от атак грунтов и подземных вод?
В этой статье рассматриваются следующие вопросы, касающиеся атак на фундаментные конструкции, вызванных вредными элементами в почвах и грунтовых водах:
- Причины атак
- Исследование почв и грунтовых вод
- Защита бетонных фундаментных конструкций от атак почвы и грунтовых вод
- Защита стальных свай от коррозии
- Защита деревянных свай
Причины атак на фундаментные конструкции
Существуют различные типы атак, от которых могут пострадать различные типы фундаментов. Ниже приведены различные причины атак, которым могут подвергаться и, соответственно, повреждаться различные типы фундаментов, а именно: бетонный фундамент, стальные сваи и деревянные сваи.
Таблица-1: Типы фундаментов и причины атак
Типы фундаментов
Причины атак
Бетонная конструкция
Химические отходы и сульфаты в грунте, эрозия и механическое истирание, Рисунок-1
Стальные сваи
Определенные условия окружающей среды могут привести к коррозии, Рисунок-2
Деревянные сваи
Организмы в почве и воде могут привести к гниению деревянных свай, корабли, лед или другие плавающие объекты вызывают абразивное воздействие, серьезные повреждения могут произойти из-за движения черепицы в случае, если фундамент подвергается воздействию волн, Рисунок-3 и Рисунок-4
Степень поражения зависит не только от концентрации вредных элементов в почве, но и от климатических условий и изменения уровня грунтовых вод.
Сульфатная атака на бетонную конструкцию фундамента
Коррозия стальных свай
Деревянные сваи, используемые при строительстве мостов
Разрушенная деревянная свая
Исследование почвы и грунтовых вод
Определение уровня и колебаний грунтовых вод, а также наличия агрессивных веществ в почве имеет большое значение, поскольку на основании состояния участка, на котором возводится фундамент, можно предложить соответствующие меры защиты.
Обычно для химического анализа отбираются образцы грунтовых вод, нарушенной и ненарушенной почвы. Для получения необходимых данных и определения уровня грунтовых вод в скважины на достаточное время могут быть помещены стоячие трубы. Таким образом, можно не только определить колебания грунтовых вод, но и получить средний уровень грунтовых вод.
Необходимо получить достаточно данных, чтобы правильно определить содержание сульфатов и оценить изменения содержания сульфатов по мере увеличения глубины. Это связано с тем, что на основании недостаточных данных могут быть приняты неэкономичные меры защиты.
Определение уровня грунтовых вод
Защита бетонных фундаментных конструкций от воздействия грунта и грунтовых вод
Основным фактором, приводящим к разрушению бетонного фундамента, является агрессия сульфатов, присутствующих в почве и грунтовых водах. Кроме сульфатной атаки, химические отходы, органические кислоты, специфические разрушающие вещества, коррозия арматуры и морское воздействие могут вызвать разрушение бетонного фундамента.
В следующих разделах будут описаны эффективные меры защиты, которые могут быть использованы для защиты бетонной конструкции фундамента от воздействия почвы и грунтовых вод.
Защита от сульфатной атаки
Существует несколько методов, которые могут быть использованы для защиты бетонной фундаментной конструкции от атак. Согласно классификации ASTM, портландцемент типа II может обеспечить хорошую устойчивость к сульфатной атаке, а портландцемент типа V обладает большой устойчивостью к сульфатной атаке.
С наиболее серьезной сульфатной агрессией из почвы и грунтовых вод можно справиться с помощью суперсульфатного и высокоглиноземистого цемента. Несмотря на то, что высокоглиноземистый цемент может страдать от конверсии, которая представляет собой внезапное снижение прочности бетона на сжатие, но эта проблема может быть решена, и в таком бетоне сохраняется остаточная прочность, когда он испытывает конверсию. Признаком высокой конверсии глинозема является снижение сульфатостойкости бетона.
Меры по предотвращению высокой конверсии глинозема включают избегание применения высокого процентного содержания цемента, защиту бетона от тепла, избегание парового твердения и защиту бетонных свай от солнца на складах с помощью надлежащего затенения.
Для нормального строительства фундамента в районах с высокой концентрацией сульфатов может быть достаточно уплотнения сульфатостойкого цемента, в то время как в суровых ситуациях следует использовать защитную мембрану.
Рекомендуется использовать и обернуть пластиковые листы или битум вокруг бетонной площадки и ленточного фундамента.
Сверхпрочный пластиковый лист может быть использован для защиты литых и забивных бетонных свай, и этот защитный слой может быть разорван крепежом. Поэтому вместо него можно использовать оцинкованный гофрированный цилиндрический стальной лист или жесткие трубы из ПВХ, но это будет дороже.
Защита бетонного фундамента от воздействия органических кислот в почве и грунтовых водах
Природные кислоты могут присутствовать в торфяных почвах и воде, а свободная серная кислота может образовываться в результате окисления пирита или марказита. Первый тип менее агрессивен, если обеспечен непроницаемый бетон, тогда как второй сильно вредит бетону.
Высокое содержание сульфатов и значения pH используются в качестве признака появления свободной серы, и на основании значений pH рекомендуются меры защиты. Например, если значение pH равно 6 или больше, то никаких мер не требуется, но при меньших значениях необходимо использовать сульфатостойкий цемент, быстротвердеющий цемент в сочетании с летучей золой или молотым гранулированным доменным шлаком, что обеспечит необходимую защиту.
Защита бетонного фундамента от химических и промышленных отходов
Вредные химические вещества могут присутствовать на химических предприятиях и в сброшенных отходах. С таким материалом трудно работать, так как концентрация химических веществ различна, а их идентификация значительно затруднена.
Поэтому, если на строительной площадке присутствуют агрессивные химические вещества, такие как кислотные отходы, то рекомендуется использовать свайный фундамент, состоящий из сборной бетонной оболочки, полого внутреннего пространства, в которое помещается труба ПВХ и заполняется бетоном, а внешняя оболочка работает как жертвенная по всей длине ствола в грунте, загрязненном химическими отходами.
Защита стальных свай от коррозии
Стальные сваи могут подвергаться коррозии в почве и грунтовых водах, так как воздух и вода являются основными условиями для возникновения коррозии стальных свай. Обычно определенные участки стальной сваи выступают в качестве анода, а другие участки – в качестве катода. Следовательно, в катодных областях образуется ржавчина, а в анодных – точечная коррозия.
Коррозия стальных свай в почве и грунтовых водах является серьезной проблемой, и ее необходимо решать надлежащим образом. В следующих разделах будут кратко рассмотрены меры, рекомендуемые для защиты стальных свай в почве и грунтовых водах от коррозии.
Защита стальных свай лакокрасочным покрытием
При этом методе первоначально проводится пескоструйная или пескоструйно-абразивная обработка конструкции, чтобы добиться белого цвета металла. После этого на чистую металлическую поверхность наносится грунтовка из силиката цинка толщиной 50-75 мкм. Наконец, в качестве верхнего слоя наносится эпоксидная или виниловая краска. Следует помнить, что грунтовка должна гармонировать с верхним слоем.
Защита лакокрасочным покрытием применяется для участков морских сооружений, расположенных выше зоны брызг.
Наконец, следует иметь в виду, что обработка краской не подходит для длительного срока службы конструкции в зоне брызг. Поэтому рекомендуется использовать либо стальные пластины для защиты конструкции, либо увеличить толщину стальных свай.
Коррозия стальных свай в морских условиях
Катодная защита стальных свай
Применение характерного электрохимического потенциала металлов является основой системы катодной защиты. При этом методе конструкция переводится в катодное состояние, что позволяет избежать миграции металлов из конструкции в почву, грунтовые воды или любой раствор.
В методе катодной защиты может использоваться система питания или жертвенный анод. В первом случае аноды имеют форму крупных кусков углерода или железного лома. Генератор постоянного тока или другое подходящее средство используется для обеспечения постоянного тока, который необходим для протекания от анода к катоду.
Следует отметить, что при сохранении минимально возможной открытой поверхности конструкции уменьшается расход анода и облегчаются требования к электропитанию.
Что касается применения жертвенного анода, то он состоит из значительно больших масс анодных металлов, которые корродируют, в то время как он обеспечивает защиту в течение срока службы конструкции.
Поэтому жертвенные аноды могут потребовать замены через некоторое время, особенно в морской среде. Кроме того, электродвижущая сила жертвенного анода должна быть больше, чем у конструкции, которая должна быть защищена.
Наконец, считается, что использование жертвенного анода в морских сооружениях более целесообразно, чем в системах электроснабжения, поскольку для последних необходимы кабели, которые могут быть повреждены кораблями или другими объектами. Однако замена жертвенного анода требует подводной замены, что может быть нелегко осуществимо.
Катодная защита стальной сваи с использованием источника питания
Использование жертвенного анода для защиты стальной сваи в воде
Защита деревянных свай
Древесина используется в качестве свай, опор и ограждений в морских условиях, поэтому ее разложение под воздействием биологических организмов весьма вероятно. Однако, когда древесина заглублена, она редко подвергается воздействию таких разрушающих факторов при условии, что она поддерживается во влажном состоянии.
Более того, если древесина подвергается частичному увлажнению и высыханию, то она может серьезно испортиться. Такая ситуация может возникнуть при использовании заглубленных деревянных свай в регионах с изменением уровня грунтовых вод.
Наконец, существует ряд защитных мер, которые могут быть использованы для предотвращения повреждения древесины свай. В следующих разделах эти меры будут описаны.
Консервация деревянных свай креозотом
Сообщается, что использование креозота для пропитки деревянного фундамента является эффективным способом предотвращения разрушения древесины под воздействием биологических и других вредных факторов.
Пропитка креозотом увеличивает способность деревянных свай стоять в течение длительного времени, и эта жидкость считается наиболее благоприятной среди всех других типов жидкостей, используемых для защиты древесины, например, водных растворителей и растворимых типов.
Эффективность креозота выше в случае мягкой древесины по сравнению с твердой. Это объясняется тем, что креозот может быть пропитан на большую глубину в первом случае по сравнению со вторым.
Сообщается, что глубина пропитки в 75 мм может быть достигнута в случае мягкой древесины, в то время как твердая древесина не может быть пропитана должным образом, поэтому она будет находиться под давлением в течение некоторого времени, пока не будет достигнута приемлемая обработка.
Наконец, в связи с тем, что древесина лиственных пород не поддается адекватной обработке, рекомендуется креозотировать отверстия под болты.
Пропитанная креозотом древесина
Защита деревянных свай с помощью бетона
Этот подход рассматривается в том случае, когда использование креозота не даст требуемого конечного результата. Например, креозот не может быть использован в условиях, когда уровень грунтовых вод меняется.
Если уровень грунтовых вод находится на значительной глубине, то рекомендуется использовать составные сваи, то есть нижняя часть сваи полностью погружается в грунт, который представляет собой древесину, а верхняя часть – бетон.
Однако, если глубина залегания грунтовых вод достаточно мала, то сваю срезают, а оголовок сваи устанавливают на этом уровне залегания грунтовых вод. Рисунок 7 иллюстрирует использование бетона для сохранения деревянной сваи и увеличения срока ее службы.
Использование бетона для предотвращения повреждения деревянной сваи. a рассматривается в случае глубокого уровня грунтовых вод, а b – в случае мелкого уровня грунтовых вод.
Защита деревянных свай от морского бура
рекомендуется использовать древесину, способную противостоять бурам, вместо того, чтобы использовать деревянные сваи и обеспечивать защиту от такого риска. Существует несколько пород древесины, которые естественным образом противостоят бурам, например, африканский падук (рис. 8), белиан, афрормозия (рис. 9) и многие другие виды деревянных свай.
Африканская древесина падаук обладает способностью противостоять буру
Свая из афромозии, способная противостоять буру
Следует сказать, что заболонь таких пиломатериалов должна быть удалена, в противном случае необходимо проводить обработку креозотом. Это связано с тем, что заболонь таких бревен подвержена агрессии со стороны бурелома.
Непрерывность действия препарата на поверхности наружного слоя древесины оказывает большое влияние на эффективность обработки. Повреждение обработки любым способом, например, пробивание слоя обработки крюками, которые могут быть использованы при подъеме, или болтами, или распиливание позволит проникнуть внутрь или буру и вызовет разрушение древесины.
- Методы защиты от коррозии для подводных свай.
- Типы свай в зависимости от передачи нагрузки, функции, материала и грунта.
- Катодная защита железобетонных конструкций.
- Сульфатная атака на бетон – процесс и контроль сульфатной атаки.
- Виды дефектов древесины как строительного материала.
- Виды сульфатной атаки в бетоне – влияние и источники.
- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.