硬化水泥浆体样品孔隙微观分析显微镜
渗透压力理论混凝土的冻融是一个渐进的具有累积效应的劣化过程
。该过程与冻融条件、混凝土内部微观结构、混凝土所处的外部环境
等因素有密切关系。
硬化水泥浆体由非毛细孔、毛细孔和凝胶孔组成。毛细孔中水溶液
的冰点随孔径的减小而下降,所以当温度下降时,大毛细孔中的水溶液
率先达到冰点结冻,而小毛细孔和凝胶孔中的水仍然处于过冷状态,从
而在大毛细孔中低能状态的冰和小孔(小毛细孔和凝胶孔)中高能状态
的过冷水之间存在热力学不平衡状态。由于冰和过冷水熵值不同,在熵
差的作用下,过冷水由高能的小孔迁入到低能的含冰的大毛细孔中,从
而使冰的体积进一步增加直至大毛细孔没有空间容纳更多的冰,这种过
冷水流向结冰区的趋势必然会造成冰的形成和产生膨胀压力
此外,由于混凝土孔溶液包含了各种盐组分,随着温度降低,水泥石
中大孔先结冰,使这些孔隙中未冻水溶液的盐浓度上升,这就与周围小
孔(小毛细孔和凝胶孔)中未冻盐溶液之间形成了浓度差。在该浓度差
的作用下,小孔中的水向浓度较高的部分结冰的大孔溶液中迁移,而大
孔中的盐向浓度较低的小孔中迁移。由于毛细管壁(渗透膜)对水的阻
碍程度小于对盐的阻碍程度,所以水的渗透速度大于盐的渗透速度从而
产生了渗透压力,在渗透压的作用下,大孔中的水将增多,冰的体积也将
增大,同时由于冰的饱和蒸汽压低于同温度的过冷水的饱和蒸汽压,所
以凝胶孔中的水会向结冰毛细孔中的冰的界面迁移,由这两种毛细孔溶
液中的盐浓度差和蒸汽压差构成的渗透压力也将继续增加。当渗透压
大于混凝土的极限抗拉强度时就会发生冻融破坏。从以上分析可以看
出,静水压力理论认为水是由结冰毛细孔迁移到小孔(小毛细孔和凝胶
孔),而渗透压力理论则认为水是由小孔(小毛细孔和凝胶孔)迁移到结
冰的大毛细孔中。
