[科普中国]-冻融循环

定义

冻融循环(cycle of freezing and thawing; freezing and thawing cycle)的反复出现，造成建筑构造的严重破坏。而只冻结不融化也会造成冻胀破坏，致使墙身开裂。抹灰成片脱落，重者可使墙身完全失去承载力和保温性能，冻融循环可以造成建筑构造内部的严重风化，失去耐久性。

F200是混凝土抗冻性的一个等级，表示混凝土经过200个冻融循环后，质量损失不超过5%、动弹性模量降低不大于40%或强度降低不超过25%。

混凝土抗冻性试验，冻融循环的温度

试件中心冻结温度-15℃（允许偏差2℃）；试件中心最高融解温度6℃； 试件中心与其表面的温度差应小于28℃；

对土的影响冻融循环作为一种温度变化的具体形式，可以被理解为一种特殊的强风化作用形式，对土的物理力学性质有着强烈的影响。研究表明，冻融循环使原状土的结构性得到显著的弱化，这表现在冻融循环可以使原状土的先期固结压力减小、三轴不排水剪切应力应变曲线上的峰值强度逐渐消失。而对于重塑土，其初始状态对冻融循环的作用效果有较大影响.。研究表明：冻融使密实土的孔隙比增大，而使松散土的孔隙比减小，密实土和松散土在经过冻融循环后其孔隙比趋向于一个稳定值———残余孔隙比；松散粉质土和低密度黏土及正常固结重塑土由于在冻融过程中被压密，使得模量与强度均有所增加，结构性得到强化；而对于强超固结的重塑土，冻融循环则会引起与原状土类似的结构弱化现象。

冻融循环对不同种类土的结构性具有不同的甚至是截然相反的作用效果，要研究冻融循环对土结构性的影响规律，首先弄清在冻融循环过程中土的三相组成分别所起的作用和可能发生的变化情况是很有必要的。

土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三相体系，固体颗粒构成土的骨架，水与空气充填于土骨架的孔隙中。冻融循环过程中，随着温度的正负波动，土体中的水会发生相变，由液态水变成固态冰或由固态冰变成液态水。由于水与冰的密度不同，固态冰的体积比等质量液态水的体积大，当液态水转变为固态冰时，冰晶生长体积膨胀，对周围的土颗粒产生挤压，这将会破坏土颗粒之间的胶结，使土颗粒发生位移甚至破碎变形，同时也会改变孔隙的形态。更重要的是，冻融循环过程中除了水分的相变，还伴随有水分的迁移。水分迁移使土体的孔隙形态、颗粒排列等结构性要素发生显著改变，使得冻融循环对土结构性的影响变得更加复杂.。在冻融过程中，水分发生迁移的基本条件有：1) 水的存在； 2) 迁移通道的存在；3) 迁移动力的来源。而土的液相、气相和固相组成提供了这3个条件。1