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把科学带回家

比日本世博会开幕前“塌房”更可怕的，是出现了这种裂缝的房子

把万物杂志约 5 分钟
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撰文 | Ziv
审校 | 刘六七
距离日本大阪世博会开幕还有不到一个月，场馆外围回廊下面的防水堤坝却已经在海水的不断侵蚀下塌了……
大阪世博会的场馆建在一座人工岛上，它有一个占地6万平方米、周长2千米的木制环状回廊，是世界最大的木结构建筑。南侧约600米长的回廊直接建在海水之上，主办方计划在回廊围起的内部区域引入海水，内外相互连通。
2月19日起，主办方开始向环内注水，不久后就出现了堤坝被侵蚀的情况。在大风的影响下，波浪比预想的要高，所以侵蚀这么严重是主办方完全没有预料到的。防水堤坝塌陷后地基裸露，看起来就像牙龈萎缩的牙床。
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建在海中的回廊部分，下面的防水堤坝发生了明显塌陷。丨expo2025

尽管看上去有点危险，但是主办方表示整个回廊建筑的桩基延伸到地下60米左右，它的安全性基本不受影响，可以用石笼加固堤坝。
大阪世博会场馆的堤坝塌陷目前看起来还算有惊无险。但在美国，有些人家的地下室出现了奇怪裂缝，他们就没这么幸运了。

无计可施的房屋主人

2005年，生活在美国康涅狄格州的Jim Okun发现，自己住了20年的房子的地下室突然莫名其妙出现了裂缝。他花了好几个月的时间断断续续维修，期间墙壁上的裂缝变得越来越大，而且情况恶化的速度比他预想的要快很多。
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一名工程师正在从Okun家地下室的墙面上取样，调查出现裂缝的原因。丨Jim Okun

2020年，住在美国马萨诸塞州的一对夫妻Karen和Sam家的地下室墙壁上也出现了裂纹。他们还听说很多邻居家里同样有类似的情况，甚至裂缝比他们家的还大。这让Karen和Sam不得不担心起来。
造成这些地下室出现裂缝的可不是什么诡异的凶宅怪事。经过岩芯测试，科学家和工程师确定导致这些房屋地下室裂缝的罪魁祸首是一种矿物，叫做磁黄铁矿。
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黄铜色的板状晶体是磁黄铁矿，周围白色的物质是闪锌矿和石英。磁黄铁矿可以用来制作硫酸。丨Rob Lavinsky, wikimedia

根据2020年美国地质调查局发布的一份报告，在康涅狄格州和马萨诸塞州，超过35000户家庭的地下室地基基础中可能含有磁黄铁矿。至于含有磁黄铁矿的原因，主要是因为这些原材料来自当地的火山地质区（后来科学家发现含有磁黄铁矿的采石场远不止这一处）。
在康涅狄格州，采石场附近的一所学校因地基倒塌而被拆除，至于Okun家，承包商在他的房子周围挖了一条渠，用铁梁支撑住房子，然后拆掉了原来的地基。在马萨诸塞州，想修复那些破损地基可能要耗费数亿美元，可能对于房主来说重建或再买一处新的房屋或许更实际，但对于个人来说也同样耗资不菲。

房子为什么怕磁黄铁矿？

如果你看到过盖房的施工现场，一定会知道在正式建造房子之前需要先挖一个大坑。人们会把混凝土做成的墙或柱子安装在坑里，之后再回填土壤。
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房屋地基。丨wikideas1

这些埋在地下的墙或柱子就是房屋的基础，支撑基础的土层就是地基，当地面上的建筑越高、越重时，为了增大承载能力，需要更深的地基和基础。有些地下室墙面正是被利用起来的基础部分。
在上面提到的案例中，很多人家的地下室墙壁开裂，实际上就是基础在开裂！这对于整栋房屋来说非常危险。一个为业主维权的代表人说：“这就像你的房子患了癌症一样。”
治理方式是斥巨资更换掉整个基础，不然只能接受基础逐渐崩裂的事实，房子也不知道哪天就会轰然倒塌……
地基和基础要承受整栋建筑传来的压力，所以它们的结构必须非常坚固。但就算材质坚固，还会有很多原因导致地基受损，比如温度变化导致混凝土膨胀后收缩，出现裂缝等等。
除了外部环境，还有来自基础内部的破坏力。
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混凝土骨料（石子和砂）的颗粒大小会影响其孔隙度，需要填水泥浆填充，孔隙度过大的混凝土开裂的风险更大。填充了过多水泥浆的混凝土容易在变干后开裂。丨参考资料[5]

磁黄铁矿是一种铁的硫化物，矿石中硫的含量为40%左右。当硫暴露在水和空气中时，随着时间的推移会形成硫酸，硫酸与混凝土中的氧化钙发生反应，溶解水泥浆。
与此同时，在发生化学反应的过程中会生成其他硫酸盐矿物，比如钙矾石（一种含水的钙铝硫酸盐矿物）和石膏（CaSO4·2H2O），它们所占据的空间都要比原本的磁黄铁矿更大。体积膨胀会对周围混凝土中的骨料、水泥施加压力，迫使混凝土从内部裂开。
只要混凝土中含有磁黄铁矿，这个过程就会慢慢进行，直到10年，甚至30年后才会出现人们能看到的裂缝。而这时，房子基础已经到了“癌症晚期”，混凝土恶化的速度会加快，因为裂缝会让磁黄铁矿暴露在空气中，与更多的水和氧气接触。
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在康涅狄格州，研究人员调查了几处不同住宅的地基开裂情况。丨Kay Willie and Rui Zhong/University of Connecticut

防患于未然

修复已经出现问题的混凝土基础难度大、成本高，最好的方法就是在制作混凝土之前，严格检查从采石场开采的原料中是否有危险成分。
康涅狄格州和马萨诸塞州分别在2022年和2023年通过法案，要求采石场报告硫的含量，有些情况下还要报告磁黄铁矿的含量。
目前，还有很多人正在一边努力修护摇摇欲坠的房屋，一边绝望地维权着……

参考资料：

[1https://news.yahoo.co.jp/articles/1a1284ecd8296e304210d67ccb63e160308bb533

[2]https://ja.wikipedia.org/wiki/2025%E5%B9%B4%E6%97%A5%E6%9C%AC%E5%9B%BD%E9%9A%9B%E5%8D%9A%E8%A6%A7%E4%BC%9A#%E4%BC%9A%E5%A0%B4%E6%A7%8B%E6%88%90

[3]https://www.upi.com/Top_News/2020/04/08/Mapping-of-basement-destroying-mineral-could-lead-to-repair-payments/7661586286315/

[4]https://undark.org/2024/12/18/foundations-crumbling-mineral/

[5]李霏.道路桥梁工程中混凝土裂缝成因及对策分析[J].运输经理世界,2025,(02):127-129.

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