云母石膨脹引起的事故分析及處理

云母石是一種天然的硅酸鹽類礦物，伴生在各種巖石之中，由于其具有一定的膨脹性，因此是混凝土骨料中的有害物質[1]。當其含量超過一定值后，會對混凝土材料的力學性能、施工性能和耐久性能等各種性能產生不良的影響，因此在 JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》第 3.1.8 條中要求建筑用砂中云母含量不得＞2%，且云母含量指標為必要控制指標。但是相關標準中未對粗骨料中云母含量進行限制，而個別民用建筑的混凝土材料在制作過程中未仔細選料，其粗骨料中可能會混入云母等有害物質，在房屋的長期使用后，由于云母等有害物質發生膨脹，會引起混凝土構件發生裂縫，且會導致這些混凝土構件周邊的結構構件如墻體等會發生嚴重的裂縫，從而引起較嚴重的工程事故。

一般而言，云母石膨脹的損害多發生在細骨料中，而發生在粗骨料中的損傷往往非常罕見。正是由于這種現象非常罕見，因此大部分工程師對此沒有相應的認識，造成檢測鑒定結果誤判，在處理方法不合理時，往往引起更大的不良后果。

1 工程案例

某建造于 20 世紀 90 年代末的 6 層的磚混結構房屋，東西走向，兩單元，一梯兩戶。房屋豎向由 240 mm 厚多孔磚墻體承重，2～6 層樓蓋在廚房、衛生間處采用 100 mm 厚現澆樓板，其余部分均為預制多孔板。房屋每層設有統圈梁，在外墻四角、隔開間橫墻與外墻交接處、樓梯間四角等位置設有構造柱。采用鋼筋混凝土筏板基礎，基礎外挑寬度在 1.5 m，基礎板厚 350 mm。由于房屋部分房屋墻體開裂損壞，委托方要求進行安全性鑒定。

對房屋損傷調查結果表明，房屋西端一層業主的墻體存在較嚴重的斜裂縫和垂直裂縫，無明顯的規律，裂縫基本貫穿墻體，其中西立面墻體的裂縫尤其嚴重，裂縫寬度在 20～40 mm 之間。如圖1 所示。

圖1 房屋西立面裂縫示意圖

現場對房屋的建筑結構布置進行了復核、檢測，結果表明其與設計圖紙基本一致，房屋 1～6 層的砂漿實測強度達到 M5，砌筑用磚強度達到 MU10，混凝土構件的強度達到 C30 的要求。房屋傾斜測量結果表明，各角點棱線的傾斜均小于 1.0‰，小于相關標準的要求，房屋無明顯的傾斜和不均勻沉降。

由檢測結果可知，房屋西端位置無明顯的相對高差和不均勻沉降，因此房屋底層出現明顯的裂縫與局部沉降無關。

根據現場檢測結果對房屋墻體的承載力進行驗算，結果表明各墻體的抗壓承載力均滿足要求。地基承載力和沉降驗算結果均表明滿足要求。

由于沉降和承載力均不是墻體開裂的原因，因此如何解釋驗算結果和實際損傷之間的矛盾就成為一個問題，如果不找出真正的損傷原因，則后期的加固處理就會無的放矢。

2 事故原因分析

為進一步查清損傷原因，對基礎局部進行了開挖檢測，檢測結果表明，基礎表面存在大量的無規律裂縫，如圖2 所示。鉆芯取樣后，發現基礎混凝土材料中存在異常的粗骨料，如圖3 所示。

圖2 基礎表面裂縫

圖3 混凝土芯樣中有異常骨料

對該異常骨料進行 X 光衍射和電鏡分析，結果表明，該異常骨料的主要成分為云母石。結果如圖4、圖5 所示。

圖4 化學譜分析結果

圖5 掃描電鏡分析結果

相關化學理論分析表明[2-3]：云母[KAl2Si3AlO10(OH)2]屬層狀鋁硅酸鹽礦物，當其與不含或含少量 K+或較大尺寸陽離子的水溶液接觸時，因云母中的 K+比溶液中的多，K+陽離子按虎克定律從云母薄片中擴散開來，而水溶液中存在的較大陽離子則易擴散進入云母內。因為與云母相比，溶液中較大的陽離子多，因為較大陽離子不能進入 K+陽離子離開后所空化的層間間隙，便使云母沿層間被劈開甚至沿邊緣斷開成碎片，并使云母體積發生巨大膨脹。

簡而言之，本次送檢基礎芯樣中存在的白云母在與地下水溶液接觸過程中，云母中 K+離子擴散出來后，其在顆粒物中占據的原有層間空間不足以容納地下水溶液中較大的陽離子，于是較大的陽離子將原有空間撐大，在宏觀上就表現出顆粒物體積膨脹增大，進而導致基礎開裂。并使得房屋與之緊鄰的下部墻體出現明顯的裂縫，從而嚴重影響房屋的安全使用。

3 加固處理措施

該工程案例由于在基礎的混凝土材料中發生了白云母石膨脹，導致局部含白云母石的基礎發生了局部的膨脹開裂現象。由于局部基礎的變形導致與之相鄰的房屋底層墻體出現了較嚴重的裂縫，因此對房屋的安全使用造成了明顯的影響。因此建議對該房屋應盡快采用相應的加固處理措施，確保房屋的安全使用。考慮到房屋為居民住宅，且正在使用，若采用鑿除基礎重新澆筑的方法并不適用。經過與委托方協商，最終確定的加固方案為基礎托換，即在原基礎表面新澆一層混凝土基礎，其下打樁，樁頂應穿越已經破壞的基礎，錨固在新澆基礎之上。

4 結 語

（1）結構墻體開裂往往由多種原因引起，比如溫度收縮、不均勻沉降等，但在某些特殊情況下，也可能是由于異常骨料引起，比如游離氧化鈣、延遲性鈣礬石反應等。

（2）云母石的膨脹反應是一種嚴重的混凝土材料問題，多見于混凝土細骨料中，而混凝土粗骨料中較為罕見，一旦發生往往導致周邊結構構件嚴重開裂，造成安全隱患。

（3）目前采用的基礎托換方法是否合理，盡管工程實踐中已有許多成功案例，但還尚需通過較長時間的驗證和不斷總結。