凍融循環(huán)的反復出現(xiàn),會造成建筑構造的嚴重破壞。而其只凍結不融化也會造成凍脹破壞,致使墻身開裂,抹灰成片脫落,嚴重的可使墻身完全失去承載力和保溫性能。凍融循環(huán)可能會造成建筑構造內部的嚴重風化,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風化作用形式,對土的物理力學性質有著強烈的影響。凍融循環(huán)會使原狀土的結構性得到顯著的弱化,表現(xiàn)在凍融循環(huán)可以使原狀土的先期固結壓力減小、三軸不排水剪切應力應變曲線上的峰值強度逐漸消失。而對于重塑土,其初始狀態(tài)對凍融循環(huán)的作用效果有較大影響。研究表明:凍融使密實土的孔隙比增大,使松散土的孔隙比減小,密實土和松散土在經過凍融循環(huán)后其孔隙比趨向于一個穩(wěn)定值——殘余孔隙比;松散粉質土和低密度黏土及正常固結重塑土由于在凍融過程中被壓密,使得模量與強度均有所增加,結構性得到強化;對于強超固結的重塑土,凍融循環(huán)則會引起與原狀土類似的結構弱化現(xiàn)象。
凍融循環(huán)對不同種類土的結構性具有不同的甚至是截然相反的作用效果,要研究凍融循環(huán)對土結構性的影響規(guī)律,首先應了解在凍融循環(huán)過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)過程中,隨著溫度的正負波動,土體中的水會發(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)冰的體積比等質量液態(tài)水的體積大,當液態(tài)水轉變?yōu)楣虘B(tài)冰時,冰晶生長體積膨脹,對周圍的土顆粒產生擠壓,破壞土顆粒之間的膠結,使土顆粒發(fā)生位移甚至破碎變形,同時也會改變孔隙的形態(tài)。更重要的是,凍融循環(huán)過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)、顆粒排列等結構性要素發(fā)生顯著改變,使凍融循環(huán)對土結構性的影響變得更加復雜。在凍融過程中,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遷移動力的來源。而土的液相、氣相和固相組成可提供這三個條件。(有修改)