云母石膨胀引起的事故分析及处理

云母石是一种天然的硅酸盐类矿物，伴生在各种岩石之中，由于其具有一定的膨胀性，因此是混凝土骨料中的有害物质[1]。当其含量超过一定值后，会对混凝土材料的力学性能、施工性能和耐久性能等各种性能产生不良的影响，因此在 JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》第 3.1.8 条中要求建筑用砂中云母含量不得＞2%，且云母含量指标为必要控制指标。但是相关标准中未对粗骨料中云母含量进行限制，而个别民用建筑的混凝土材料在制作过程中未仔细选料，其粗骨料中可能会混入云母等有害物质，在房屋的长期使用后，由于云母等有害物质发生膨胀，会引起混凝土构件发生裂缝，且会导致这些混凝土构件周边的结构构件如墙体等会发生严重的裂缝，从而引起较严重的工程事故。

一般而言，云母石膨胀的损害多发生在细骨料中，而发生在粗骨料中的损伤往往非常罕见。正是由于这种现象非常罕见，因此大部分工程师对此没有相应的认识，造成检测鉴定结果误判，在处理方法不合理时，往往引起更大的不良后果。

1 工程案例

某建造于 20 世纪 90 年代末的 6 层的砖混结构房屋，东西走向，两单元，一梯两户。房屋竖向由 240 mm 厚多孔砖墙体承重，2～6 层楼盖在厨房、卫生间处采用 100 mm 厚现浇楼板，其余部分均为预制多孔板。房屋每层设有统圈梁，在外墙四角、隔开间横墙与外墙交接处、楼梯间四角等位置设有构造柱。采用钢筋混凝土筏板基础，基础外挑宽度在 1.5 m，基础板厚 350 mm。由于房屋部分房屋墙体开裂损坏，委托方要求进行安全性鉴定。

对房屋损伤调查结果表明，房屋西端一层业主的墙体存在较严重的斜裂缝和垂直裂缝，无明显的规律，裂缝基本贯穿墙体，其中西立面墙体的裂缝尤其严重，裂缝宽度在 20～40 mm 之间。如图1 所示。

图1 房屋西立面裂缝示意图

现场对房屋的建筑结构布置进行了复核、检测，结果表明其与设计图纸基本一致，房屋 1～6 层的砂浆实测强度达到 M5，砌筑用砖强度达到 MU10，混凝土构件的强度达到 C30 的要求。房屋倾斜测量结果表明，各角点棱线的倾斜均小于 1.0‰，小于相关标准的要求，房屋无明显的倾斜和不均匀沉降。

由检测结果可知，房屋西端位置无明显的相对高差和不均匀沉降，因此房屋底层出现明显的裂缝与局部沉降无关。

根据现场检测结果对房屋墙体的承载力进行验算，结果表明各墙体的抗压承载力均满足要求。地基承载力和沉降验算结果均表明满足要求。

由于沉降和承载力均不是墙体开裂的原因，因此如何解释验算结果和实际损伤之间的矛盾就成为一个问题，如果不找出真正的损伤原因，则后期的加固处理就会无的放矢。

2 事故原因分析

为进一步查清损伤原因，对基础局部进行了开挖检测，检测结果表明，基础表面存在大量的无规律裂缝，如图2 所示。钻芯取样后，发现基础混凝土材料中存在异常的粗骨料，如图3 所示。

图2 基础表面裂缝

图3 混凝土芯样中有异常骨料

对该异常骨料进行 X 光衍射和电镜分析，结果表明，该异常骨料的主要成分为云母石。结果如图4、图5 所示。

图4 化学谱分析结果

图5 扫描电镜分析结果

相关化学理论分析表明[2-3]：云母[KAl2Si3AlO10(OH)2]属层状铝硅酸盐矿物，当其与不含或含少量 K+或较大尺寸阳离子的水溶液接触时，因云母中的 K+比溶液中的多，K+阳离子按虎克定律从云母薄片中扩散开来，而水溶液中存在的较大阳离子则易扩散进入云母内。因为与云母相比，溶液中较大的阳离子多，因为较大阳离子不能进入 K+阳离子离开后所空化的层间间隙，便使云母沿层间被劈开甚至沿边缘断开成碎片，并使云母体积发生巨大膨胀。

简而言之，本次送检基础芯样中存在的白云母在与地下水溶液接触过程中，云母中 K+离子扩散出来后，其在颗粒物中占据的原有层间空间不足以容纳地下水溶液中较大的阳离子，于是较大的阳离子将原有空间撑大，在宏观上就表现出颗粒物体积膨胀增大，进而导致基础开裂。并使得房屋与之紧邻的下部墙体出现明显的裂缝，从而严重影响房屋的安全使用。

3 加固处理措施

该工程案例由于在基础的混凝土材料中发生了白云母石膨胀，导致局部含白云母石的基础发生了局部的膨胀开裂现象。由于局部基础的变形导致与之相邻的房屋底层墙体出现了较严重的裂缝，因此对房屋的安全使用造成了明显的影响。因此建议对该房屋应尽快采用相应的加固处理措施，确保房屋的安全使用。考虑到房屋为居民住宅，且正在使用，若采用凿除基础重新浇筑的方法并不适用。经过与委托方协商，最终确定的加固方案为基础托换，即在原基础表面新浇一层混凝土基础，其下打桩，桩顶应穿越已经破坏的基础，锚固在新浇基础之上。

4 结 语

（1）结构墙体开裂往往由多种原因引起，比如温度收缩、不均匀沉降等，但在某些特殊情况下，也可能是由于异常骨料引起，比如游离氧化钙、延迟性钙矾石反应等。

（2）云母石的膨胀反应是一种严重的混凝土材料问题，多见于混凝土细骨料中，而混凝土粗骨料中较为罕见，一旦发生往往导致周边结构构件严重开裂，造成安全隐患。

（3）目前采用的基础托换方法是否合理，尽管工程实践中已有许多成功案例，但还尚需通过较长时间的验证和不断总结。