1、东莞 VIVO 总部项目混凝土开裂原因分析东莞 VIVO 总部项目清水混凝土在后期的保护剂验收过程中，经现场管理人员检查发现，存在清水混凝土裂缝现象。清水混凝土裂缝的本质在于清水混凝土本身添加剂多，配合比及收缩性难以控制，导致清水混凝土裂缝的发生。对于 VIVO 总部而言，清水混凝土的体量之大，导致清水混凝土的裂缝问题不可能避免的出现。而对于混凝土的裂缝问题，在现今的中国建筑领域乃至世界建筑领域都没有得到一个真正的完全解决此问题的办法。相信我们每一个建筑行业的人一生都在为此努力，仿佛看到普利策奖就在前方为你招手。然而，理想总是很丰满，在经历了无数代人的实验、失败之后，我们依然还需努力。现以此文
2、，归纳总结混凝土裂缝问题的绝大部分原因分析。对于各建筑行业的翘楚、专家而言，我没有任何理由在此分析没有任何依据的话，以免贻笑大方。故以下所有的混凝土裂缝原因分析都来自网络查阅资料以及各种国家现行标准及相关规范，我只做简单整理。供大家检阅。混凝土因其取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界建筑结构中使用最广泛的建筑材料。混凝土最主要的缺点是抗拉能力差、脆性大、容易开裂。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，甚至肉眼看不见（0.05mm） ，一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在；我国现行建
3、筑、铁路、公路、水利等部门设计规范均采用限制构件裂缝宽度的办法来保障混凝土结构的正常使用。有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病” ，经常困扰着工程技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。旭硝子混凝土保护剂可针对混凝土进行有效的保护，可有效的防止因水作用、碳化、氯化等因素引起的混凝土质量问题。实际上，混凝土裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝
4、均有其产生的一种或几种主要原因。本报告对混凝土裂缝的种类和产生的原因作较全面的分析并提出相应的防治措施，供同行、专家参考、探讨。混凝土裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：一、荷载引起的裂缝混凝土构件在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。（一）直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝。裂缝产生的原因有：1、设计计算阶段，结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足（宁波跨海大桥） ；钢筋设置偏少或布置错
5、误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。2、施工阶段，不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制结构结构受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。3、使用阶段，超出设计载荷的作用于楼地面、墙面；工业厂房超负荷使用；发生大风、大雪、地震、爆炸等。（二）次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：1、在设计外荷载作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如：两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸
6、的办法设计铰，理论计算该处不会存在弯矩，但实际该铰仍然能够抗弯，以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。2、工业建筑中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等，在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算，一般根据经验设置受力钢筋。研究表明，受力构件挖孔后，力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中，经常在跨内根据截面内力需要截断钢束，设置锚头，而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起，仅是按常规一般不
7、计算，但随着现代计算手段的不断完善，次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如现在对预应力、徐变等产生的二次应力，不少平面杆系有限元程序均可正确计算，但在 40 年前却比较困难。在设计上，应注意避免结构突变（或断面突变） ，当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但必须指出，如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。（三）根据结构不同
8、受力方式，产生的裂缝特征如下：1、 中心受拉：裂缝贯穿构件横截面，间距大体相等，且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时，裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。2、 中心受压：沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。3、受弯：弯矩最大截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝，并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时，裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时，裂缝少而宽，结构可能发生脆性破坏。4、 大偏心受压：大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件，类似于受弯构件。5、 小偏心受压：小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件，类似于中心受压构件。6、受剪：当箍筋太密时发生斜压破坏，沿梁端腹部出
9、现大于 45方向的斜裂缝；当箍筋适当时发生剪压破坏，沿梁端中下部出现约 45方向相互平行的斜裂缝。7、 受扭：构件一侧腹部先出现多条约 45方向斜裂缝，并向相邻面以螺旋方向展开。8、 受冲切：沿柱头板内四侧发生约 45方向斜面拉裂，形成冲切面。9、局部受压：在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短裂缝。二、 温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。引起
10、温度变化主要因素有：、水化热出现在施工过程中，大体积混凝土浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种（矿渣水泥） ，限制水泥单位用量（使用减水剂） ，减少骨料入模温度（冰水搅拌） ，降低内外温差（通过表面保温） ，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统（预埋）进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。2、蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。3、年温差一年中四季温度不断变化，但变化相对缓慢，我国年温差一般以一月和七月月平均温度的作为变化幅度。考虑到混凝土的蠕变特性，年温差内力
11、计算时混凝土弹性模量应考虑折减。4、日照屋面、墙面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。5、骤然降温突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实际资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。6、钢制预埋件与钢筋或其它钢制件联结时，若焊接措施不当，铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热张拉法张拉预应力构件时，预应力钢材温度可升高至350，混凝土构件也容易开裂。试验研究表明，由火灾等原因引
12、起高温烧伤的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力随之下降，混凝土温度达到 300后抗拉强度下降 50%，抗压强度下降 60%，光圆钢筋与混凝土的粘结力下降 80%；由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩。三、 收缩引起的裂缝在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和干缩是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和碳化收缩。1、塑性收缩发生在施工过程中、混凝土浇筑后 45 小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，因此时混凝土尚未硬化，称为塑性收缩。塑性收缩
13、所产生量级很大，可达 1%左右。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便形成沿钢筋方向的裂缝。在构件竖向变截面处如 T 梁、箱梁腹板与顶底板交接处，因硬化前沉实不均匀将发生表面的顺腹板方向裂缝。为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。2、干缩混凝土结硬以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为干缩（缩水收缩） 。因混凝土表层水分损失快，内部损失慢，因此产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬
14、化后收缩主要就是干缩。如配筋率较大的构件（超过 3%） ，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。3、自生收缩自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，这种收缩与外界湿度无关，且可以是正的（即收缩，如普通硅酸盐水泥混凝土） ，也可以是负的（即膨胀，如掺膨胀剂的膨胀水泥混凝土） 。4、碳化收缩大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。碳化收缩只有在湿度 50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。碳化收缩一般不做计算。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。但收缩值累积过大，也会造成混凝土
15、的贯通裂缝（断板） 。例如：大面积水泥混凝土楼地面，如果不及时切割伸缩缝，必然断板。研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有： 水泥品种、标号及用量矿渣水泥、快硬水泥、低热水泥混凝土收缩性较高，普通水泥、火山灰水泥、矾土水泥混凝土收缩性较低。另外水泥标号越低、单位体积用量越大、磨细度越大，则混凝土收缩越大，且发生收缩时间越长。例如，为了提高混凝土的强度，施工时经常采用强行增加水泥用量的做法，结果收缩应力明显加大。 骨料品种骨料中石英、石灰岩、白云岩、花岗岩、长石等吸水率较小、收缩性较低；而砂岩、板岩、角闪岩等吸水率较大、收缩性较高。另外骨料粒径大收缩小，含水量大收缩越大。水灰比 用水量越大，水
16、灰比越高，混凝土收缩越大。外掺剂 外掺剂保水性越好，则混凝土收缩越小。外掺料 外掺料的细度越高，混凝土收缩越大。外掺料的掺量越大，混凝土收缩越大。一般商品（泵送）混凝土都含有较大掺量（15%30%）的粉煤灰，混凝土收缩较大，所以采用商品（泵送）混凝土的工程比较容易开裂。养护方法 良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。外界环境大气中湿度小、空气干燥、温度高、风速大，则混凝土水分蒸发快，混凝土收缩越快。振捣方式及时间机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械
17、性能决定，一般以 515s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。对于温度和收缩引起的裂缝，增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性，尤其是薄壁结构（壁厚 2060cm） 。构造上配筋宜优先采用小直径钢筋(814)、小间距布置(1015cm)，全截面构造配筋率不宜低于 0.3%，一般可采用0.3%0.5%。四、 地基础变形引起的裂缝由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：1、地质勘察精度不够、试验资料不准在没
18、有充分掌握地质情况就设计、施工，这是造成地基不均匀沉降的主要原因。比如丘陵区或山岭区桥梁，勘察时钻孔间距太远，而地基岩面起伏又大，勘察报告不能充分反映实际地质情况。2、地基地质差异太大建造在山区沟谷的建筑物，河沟处的地质与山坡处变化较大，河沟中甚至存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉降。3、结构荷载差异太大在地质情况比较一致条件下，各部分基础荷载差异太大时，有可能引起不均匀沉降，例如高层建筑的主楼比周边裙房的荷载要大，中部的沉降就要比周边大。4、结构基础类型差别大同一建筑群中，混合使用不同基础如条形基础和桩基础，或同时采用桩基础但桩径或桩长差别大时，也可能引起地基不均匀沉降。5、分期
19、建造的基础老建筑物的扩建，新扩建建筑物或基础处理时引起地基土重新固结，均可能对原有建筑物的基础造成较大沉降。6、地基冻胀在低于零度的条件下含水率较高的地基土因冰冻膨胀；一旦温度回升，冻土融化，地基下沉。因此地基的冰冻或融化均可造成不均匀沉降。五、钢筋锈蚀引起的裂缝由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约 24 倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋
20、纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度） ；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。密实混凝土表面的防腐涂料-也是一种有效手段！六、 冻胀引起的裂缝大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积
21、膨胀 9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达 30%50%。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多、吸水性强；骨料中含泥土等杂质过多；混凝土水灰比偏大、振捣不密实；养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。冬季施工时，采用电气加热法、暖棚法、地下蓄热法、蒸汽加热法养护以及在混凝土拌和水中掺入防冻剂（但氯盐不宜使用） ，可保证混凝土在低温或负温条件下硬化。七、施工材料质量引起的裂缝混凝土主
22、要由水泥、砂、骨料、拌和水、掺合撩及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。1、水泥（1） 、水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。（2） 、水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。（3） 、当水泥含碱量较高（例如超过 0.6%） ，同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。2、砂、石骨料（1） 、砂石的粒径、级配、杂质含量砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝
23、土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀 2.5 倍。（2） 、碱骨料反应碱骨料反应有三种类型：、碱硅酸反应参与这种反应的骨料有流纹岩、安山岩、凝灰岩、蛋白石、黑硅石、燧石、鳞石英、玻璃质火山岩、玉髓及微晶或变质石英等。反应发生于碱与微晶氧化硅之间，其生成物硅胶体遇水膨胀，在混凝土中产生很大的内应力，可导
24、致混凝土突然爆裂。这类反应是碱骨料反应的主要形式。、碱硅酸盐反应参与这种反应的骨料有粘土质岩石、千枚岩、硬砂岩、粉砂岩等。此类反应的特点是膨胀速度非常缓慢，混凝土从膨胀到开裂，能渗出的凝胶很少。、碱碳酸岩反应多数碳酸岩石没有碱活性，有特定结构的泥质细粒白云质灰岩和泥质细粒灰质白云岩才具有与碱反应的碱活性，且还须高碱度、一定湿度环境下才能反应膨胀。碱骨料反应裂缝的形状及分布与钢筋限制有关，当限制力小时，常出现地图状裂缝，并在缝中有白色或透明的浸出物；当限制力强时则出现顺筋裂缝。在工程实践中必须对骨料进行碱活性检验，采用对工程无害的材料，同时使用含碱量低的水泥品种。3、掺合料外掺料的细度越高，混凝
25、土收缩越大。外掺料的掺量越大，混凝土收缩越大。一般商品（泵送）混凝土都含有较大掺量（15%30%）的粉煤灰，混凝土收缩较大，所以采用商品（泵送）混凝土的工程比较容易开裂4、拌和水及外加剂拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。对于梁来说， 根据梁的受力特点，在梁跨中部，梁的中和轴下部为受拉区域，梁的中和轴上部为受压区域，但是在梁的支座处一般来说梁的上部受拉下部受压，因此，在梁的跨中梁上部的钢筋为受压钢筋，梁下部的钢筋为受拉钢筋，在梁的支座处，梁的上部受拉，梁的下部受压。受拉钢筋在钢筋混凝土结构起到的作
26、用就是拉力，比如在简支梁底设置的钢筋，当梁上面出现荷载时，梁产生向下垂直的内力，这时梁底钢筋就受到拉作用力，因此该钢筋却为受拉钢筋。受压钢筋通常指梁上部钢筋，柱筋（纵筋即受拉也受压） 。所以受拉钢筋与受压钢筋均是因受力而得名的。平面就是剪切，空间就是冲切。 如当独立基础长宽比大于一定值的时候，只考虑剪切了，规范有明确的规定。抗剪承载力是物体或构件上为防止物体或构件被作用在物体或构件上的集中力切断而产生的对抗力，通俗些就是不让梁柱被拦腰剪断。在建筑物中，箍筋的作用就是提高梁柱的抗剪承载力。剪力就是大小相等、方向相反、距离很近的一对力，比如剪刀靠的就是剪力。弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种。弯矩
27、其大小为该截面截取的构件部分上所有外力对该截面形心矩的代数和，其正负约定为使构件上凹为正，上凸为负(正负是上部受拉为负，下部受拉为正)。比如说一个悬臂梁，当梁端力为 2kN，梁长为 3M，刚固端弯矩为-6KN.M，而梁的跨中弯矩为-3KN.M，按这个做法可以简单算，不过更深的算法要见材料力学了。图 4 中，M 就是弯矩作用，v 就是剪力作用，n 就是轴力作用。正负弯矩一般而言，在不同的学科中弯矩的正负有不同的规定。规定了弯矩的正负，就可以将弯矩进行代数计算。在列弯矩计算时，凡截面左侧梁上外力对截面形心之矩为顺时针转向，或截面右侧外力对截面形心之矩为逆时针转向，都将产生正的弯矩，故均取正号；反之
28、为负，即左顺右逆，弯矩为正。对于土木工程结构中的一根梁（指水平向的构件） ，当构件区段下侧受拉时，我们称此区段所受弯矩为正弯矩；当构件区段上侧受拉时，我们称此区段所受弯矩为负弯矩。由于压力作用在梁的下部产生的弯矩叫正弯矩,在支座(主梁或柱或墙)处由于支座两端梁的下沉在梁的顶部产生的弯矩叫负弯矩。板的正负弯矩同梁 。正弯距在跨中，下部配置受拉钢筋，正弯距钢筋， 负弯距出现在支座处，上部配置受拉钢筋，负弯距钢筋抗扭强度 - 名词解释用圆柱形材料试件作抗扭实验可求得扭矩和扭角的关系，相应最大扭矩的最大剪断应力叫抗扭强度。扭矩在物理学中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘积，国际单位是牛米Nm，剪断应力即物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应力或切应力。
