体育馆屋顶被压垮11人遇难！吸水的珍珠岩能有多重？

事件回顾

7月23日下午，黑龙江齐齐哈尔市一中学体育馆楼顶发生坍塌事故，此次事故共造成11人死亡。

经现场初步调查，与体育馆毗邻的教学综合楼施工过程中，施工单位违规将珍珠岩堆置体育馆屋顶。受降雨影响，珍珠岩浸水增重，导致屋顶荷载增大引发坍塌。

作者：王永健（南京农业大学工学院副教授）

昨天刚收到新闻推送的时候就很震惊，体育馆不是自建房，发生坍塌太不正常了。后来看到这家体育馆墙体是网架结构，顶棚是混凝土板，心想这种结构有这么脆弱吗？再后来，图片出来了，整个顶棚坍塌，这种破坏形式更加让人奇怪。直到后来媒体报道，是顶棚放东西了，才让人恍然大悟。一句话，就是超重。

1、珍珠岩是什么？

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷却而成的玻璃质岩石，详细的介绍可以自己去百度。它在建筑方面的用途主要是：混凝土骨材；轻质、保温、隔热吸音板；防火屋面和轻质防冻、防震、防火、防辐射等高层建筑工程墙体的填料、灰浆等建筑材料；各种工业设备、管道绝热层；各种深冷、冷库工程的内壁；低沸点液体、气体的贮藏内壁和运输工具的内壁等。

从上面的用途可以看到，它主要用来保温的。这跟它的特性有关，珍珠岩密度大概是2.2-2.4g/cm³，膨胀的珍珠岩密度大大降低（容重≤80kg/m³~200 kg/m³，约是水的1/5），这就大大降低了结构的自重。此外，作为保温层，它的导热系数也较低，这样才能尽量隔绝热量的传递。它的耐火度也较高，1300-1380℃，着火的时候不容易起火。

膨胀后的珍珠岩板成品

2、珍珠岩的吸水性

珍珠岩的吸水应该主要取决于其膨胀，它的膨胀倍数4-25。经过膨胀的珍珠岩，内部含有大量的孔洞结构。水分子就可以渗入孔洞，从而体现为吸水性。膨胀倍数越大，吸水性也就越好。级别越高，膨胀倍数越大。建筑用的珍珠岩，其膨胀倍数至少也是10倍以上的，也就是A或者B级，C级（10倍以下）珍珠岩开采价值基本就没有。

珍珠岩的吸水性，正好被用来保持花草的水分，所以珍珠岩也被用于养花养草。即便长时间忘记了浇水，也能保持住土里面有足够的水分。实际上，除了保湿，珍珠岩的多孔结构，还能够让植物根系更加透气。

珍珠岩土

3、吸水增重估算

刚刚说了建筑用的珍珠岩其膨胀至少也是10倍以上的，保守估算就以10倍计算。事故现场的珍珠岩应该是原料，使用的时候是需要跟混凝土之类的混合使用，而不是纯珍珠岩。这里面，珍珠岩的膨胀倍数，是指物料膨胀后与膨胀前松散体积之比值。膨胀倍数为10，就代表其体积是原来的10倍，多出来9倍的体积就是孔洞。

以1立方米的珍珠岩为例，膨胀的体积是10立方米，其中9立方米都是空气。这9立方米吸水后，最大将会增加9000kg的质量，也就是9吨，而珍珠岩自身的质量大概是2.3吨。也就是说，极端情况下，吸满水后整体增重约400%，是原始重量的5倍（5倍的重量是极端状态，实际上它吸不了那么多）。

膨胀珍珠岩微观结构

4、体育馆屋顶为什么承受不了？

一般情况下，普通的住宅楼每平米承重不小于200kg，安全系数取2，那么也就400kg/m²。一些特殊的建筑，比如仓库之类的，承载能力也会大一些。理论上，一平米放置1吨的货物，是完全可以的。

但是，屋顶不一样。一般的建筑，屋顶仅仅起到防护作用，不用于承载。比如以前的居民民房，几根木质横梁加一些瓦片就构成了屋顶结构。现在的房屋建筑，虽然不再是瓦片了，改成了混泥土结构，但是由于承载能力的设计，它跟其他楼层地板的承载能力是不一样的。其他楼层需要放置家具、进行地面找平等，会增加很多的载荷。但是顶层的楼板就不需要考虑这些，仅仅需要考虑安装一些必要的设备即可。所以，很大一部分顶层楼板就不会设计的那么厚，这是屋顶坍塌的一方面。

瓦片屋顶不承重

另一方面，施工方堆叠的珍珠岩，也不是均匀地整个平铺在屋顶之上。这就会造成屋顶的受力不均，不均匀的受力会让载荷在某个区域特别大，一旦超过屋顶的极限，就会发生坍塌。坍塌一旦发生，就会连锁反应，有局部带动整体。

整体坍塌的屋顶

5、总结

事故原因基本上是清晰了，施工方的违规操作是悲剧的主因。希望所有的施工方、管理方都能严格按照要求，避免悲剧发生。

来源：“无聊的力学”微信公众号

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