凍融循環(huán)的反復(fù)出現(xiàn),會(huì)造成建筑構(gòu)造的嚴(yán)重破壞。而其只凍結(jié)不融化也會(huì)造成凍脹破壞,致使墻身開(kāi)裂,抹灰成片脫落,嚴(yán)重的可使墻身完全失去承載力和保溫性能。凍融循環(huán)可能會(huì)造成建筑構(gòu)造內(nèi)部的嚴(yán)重風(fēng)化,失去耐久性。
凍融循環(huán)作為一種溫度變化的具體形式,可以被理解為一種特殊的強(qiáng)風(fēng)化作用形式,對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有著強(qiáng)烈的影響。凍融循環(huán)會(huì)使原狀土的結(jié)構(gòu)性得到顯著的弱化,表現(xiàn)在凍融循環(huán)可以使原狀土的先期固結(jié)壓力減小、三軸不排水剪切應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)上的峰值強(qiáng)度逐漸消失。而對(duì)于重塑土,其初始狀態(tài)對(duì)凍融循環(huán)的作用效果有較大影響。研究表明:凍融使密實(shí)土的孔隙比增大,使松散土的孔隙比減小,密實(shí)土和松散土在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后其孔隙比趨向于一個(gè)穩(wěn)定值——?dú)堄嗫紫侗?;松散粉質(zhì)土和低密度黏土及正常固結(jié)重塑土由于在凍融過(guò)程中被壓密,使得模量與強(qiáng)度均有所增加,結(jié)構(gòu)性得到強(qiáng)化;對(duì)于強(qiáng)超固結(jié)的重塑土,凍融循環(huán)則會(huì)引起與原狀土類(lèi)似的結(jié)構(gòu)弱化現(xiàn)象。
凍融循環(huán)對(duì)不同種類(lèi)土的結(jié)構(gòu)性具有不同的甚至是截然相反的作用效果,要研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)土結(jié)構(gòu)性的影響規(guī)律,首先應(yīng)了解在凍融循環(huán)過(guò)程中土的三相組成分別所起的作用和可能發(fā)生的變化情況。
土是由固體顆粒、水和氣體三部分組成的三相體系,固體顆粒構(gòu)成土的骨架,水與空氣充填于土骨架的孔隙中。凍融循環(huán)過(guò)程中,隨著溫度的正負(fù)波動(dòng),土體中的水會(huì)發(fā)生相變,由液態(tài)水變成固態(tài)冰或由固態(tài)冰變成液態(tài)水。由于水與冰的密度不同,固態(tài)冰的體積比等質(zhì)量液態(tài)水的體積大,當(dāng)液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)冰時(shí),冰晶生長(zhǎng)體積膨脹,對(duì)周?chē)耐令w粒產(chǎn)生擠壓,破壞土顆粒之間的膠結(jié),使土顆粒發(fā)生位移甚至破碎變形,同時(shí)也會(huì)改變孔隙的形態(tài)。更重要的是,凍融循環(huán)過(guò)程中除了水分的相變,還伴隨有水分的遷移。水分遷移使土體的孔隙形態(tài)、顆粒排列等結(jié)構(gòu)性要素發(fā)生顯著改變,使凍融循環(huán)對(duì)土結(jié)構(gòu)性的影響變得更加復(fù)雜。在凍融過(guò)程中,水分發(fā)生遷移的基本條件有:①水的存在;②遷移通道的存在;③遷移動(dòng)力的來(lái)源。而土的液相、氣相和固相組成可提供這三個(gè)條件。(有修改)