硬化水泥漿體樣品孔隙微觀分析顯微鏡
滲透壓力理論混凝土的凍融是一個漸進的具有累積效應的劣化過程
。該過程與凍融條件、混凝土內部微觀結構、混凝土所處的外部環境
等因素有密切關系。
硬化水泥漿體由非毛細孔、毛細孔和凝膠孔組成。毛細孔中水溶液
的冰點隨孔徑的減小而下降,所以當溫度下降時,大毛細孔中的水溶液
率先達到冰點結凍,而小毛細孔和凝膠孔中的水仍然處于過冷狀態,從
而在大毛細孔中低能狀態的冰和小孔(小毛細孔和凝膠孔)中高能狀態
的過冷水之間存在熱力學不平衡狀態。由于冰和過冷水熵值不同,在熵
差的作用下,過冷水由高能的小孔遷入到低能的含冰的大毛細孔中,從
而使冰的體積進一步增加直至大毛細孔沒有空間容納更多的冰,這種過
冷水流向結冰區的趨勢必然會造成冰的形成和產生膨脹壓力
此外,由于混凝土孔溶液包含了各種鹽組分,隨著溫度降低,水泥石
中大孔先結冰,使這些孔隙中未凍水溶液的鹽濃度上升,這就與周圍小
孔(小毛細孔和凝膠孔)中未凍鹽溶液之間形成了濃度差。在該濃度差
的作用下,小孔中的水向濃度較高的部分結冰的大孔溶液中遷移,而大
孔中的鹽向濃度較低的小孔中遷移。由于毛細管壁(滲透膜)對水的阻
礙程度小于對鹽的阻礙程度,所以水的滲透速度大于鹽的滲透速度從而
產生了滲透壓力,在滲透壓的作用下,大孔中的水將增多,冰的體積也將
增大,同時由于冰的飽和蒸汽壓低于同溫度的過冷水的飽和蒸汽壓,所
以凝膠孔中的水會向結冰毛細孔中的冰的界面遷移,由這兩種毛細孔溶
液中的鹽濃度差和蒸汽壓差構成的滲透壓力也將繼續增加。當滲透壓
大于混凝土的極限抗拉強度時就會發生凍融破壞。從以上分析可以看
出,靜水壓力理論認為水是由結冰毛細孔遷移到小孔(小毛細孔和凝膠
孔),而滲透壓力理論則認為水是由小孔(小毛細孔和凝膠孔)遷移到結
冰的大毛細孔中。
