本课题为建设部质量安全监督与行业发展司2000年下达的“建筑工程裂缝机理与防治的研究”课题，课题组通过四年紧张的工作，进行了建筑工程裂缝机理的分析、建筑材料抗裂性能的试验研究、建筑结构缝的设置、建筑地基不均匀沉降裂缝防治措施、建筑施工防治裂缝措施和建筑屋面保温隔热措施等方面的研究，在试验和分析研究的基础上编写了《建筑工程裂缝防治指南》，该指南提出了预防为主、采取综合防治措施的建筑工程裂缝防治原则，较系统规定了建筑结构、基础设计、建筑材料选择、建筑工程施工等方面防治裂缝的措施；同时，课题组还进行了工程应用，在实际建筑工程中验证所提出的防治裂缝措施的有效性。整个课题研究系统，于2004年底全面完成了课题的合同目标。其主要研究成果简要介绍如下：

1．建筑工程裂缝机理的研究

本课题着重对混凝土结构和砌体结构裂缝的类型、特点和原因进行了分析，通过总结建筑工程裂缝的类型，为正确判断裂缝的性质、裂缝产生的原因和探讨有效防治的措施等均有指导意义。

1．1砌体结构裂缝机理

根据对砌体结构裂缝实例的分析，总结出了砌体结构主要裂缝的特点和产生的原因，并提出了相应的控制准则。共分九种类型:   

(1)干缩裂缝    

砌体干缩裂缝有两种类型，一种裂缝多发生在抹灰层内，少数延伸到砌体内部；另一种干缩裂缝呈不规则的龟裂或呈放射状裂缝，此类裂缝宽度较小，仅发生在抹灰层内。

(2)地基下沉裂缝

通常，当地基下沉差异变形值超过砌体抗拉或抗剪极限变形值时，砌体将产生下沉裂缝。因地基下沉引起的裂缝比较复杂，形状各异，既有一般规律又有特殊情况。

其一般规律为：下层重、上层轻；纵向重、横向轻；外墙重、内墙轻，且多为斜同裂缝。

(3)温度裂缝

砌体结构在约束的条件下，由于外界温度变化，屋盖、楼盖与砌体互相约束，造成相互间温度变形不协调，产生温度应力，当温度应力超过砌体抗拉或抗剪强度极限值时，砌体将产生温度裂缝。

砌体温度裂缝的特点和规律为：顶层重、下层轻；两端重、中间轻；向阳重、背阴轻等。

(4)应力集中裂缝

此类裂缝多出现车砌体相对薄弱的部位，如门洞口上部、窗洞口上、下部以及混凝土大梁下部的墙体上。其裂缝多为斜向，少部分为竖向和水平方面。

(5)荷载引起的裂缝

此类裂缝多出现在轴心或少偏心受压的砖梁或砖柱上，有时也出现在截面较少的承重窗间墙上，且多呈竖向裂缝，有时呈现枣核形，严重处砖块断裂，砌体出现剥落现象。

(6)冻融(涨)裂缝

此类裂缝多发生在寒冷地区房屋的基础、檐口、女儿墙或经常受潮湿的厨房、卫生间等的外墙，有时室外踏步也发生此类裂缝。此类裂缝的特点是在裂缝附近砌体或混凝土酥松、剥落，且随时间推移有逐渐恶化的趋势。

(7)两种结构体系变形不协调裂缝    

此类裂缝多出现在两种结构体系收缩、温度变形不协调的薄弱部位或交界处，例如在砌体结构外侧贴建混凝土框架外楼梯的交接处等。

(8)沉降温度裂缝

此类裂缝特点是在房屋上下层皆出现不同程度裂缝。

(9)温度、应力集中裂缝

此类裂缝是由于外界温度变化和应力集中综合因素造成的。

1．2混凝土结构裂缝机理

混凝土的裂缝可分为“微观裂缝’’和“宏观裂缝’’两大类，这里主要探讨“宏观裂缝”问题，由于混凝土的组成材料、结构体系、结构构造和受力状态的不同，以及约束条件和所受外界影响的差异，致使混凝土产生裂缝的原因较为复杂，因而对混凝土结构性能的影响也各不相同，但归纳起来，根据混凝土裂缝的特点规律形成的原因大致可分为以下十二种类型。

 (1)塑性塌落裂缝

一般多在混凝土浇注过程或浇注成型后，在混凝土初凝前发生，由于混凝土拌合物中的骨料在自重作用下缓慢下沉，水向上浮，即所谓的泌水，若是素混凝土，混凝土内部下沉是均匀的，若是钢筋混凝土，则混凝土沿钢筋下方继续下沉，钢筋上面的混凝土被钢筋支顶，使混凝土沿钢筋表面产生顺筋裂缝。这种塑性塌落裂缝，对于大流动性混凝土或水灰比较大的混凝土尤为严重。

（2）塑性收缩裂缝

一般多在混凝土浇注后，还处于塑性状态时，由于天气炎热、蒸发量大、大风或混凝土本身水化热高等原因，而产生裂缝。

(3)干缩裂缝

一般多在混凝土硬化过程中，由于混凝土失水干燥，引起体积收缩变形，这种体积变形受到约束时，就可能产生干缩裂缝。

混凝土干缩裂缝，一般有两种形状：一种为不规则龟纹状或放射状裂缝；另一种为每隔一段距离出现一条裂缝。

(4)温度裂缝

一般是由于外界温度变化，使混凝土产生胀缩变形，这种变形即为温度变化，当混凝土构件受到约束时，将在混凝土构件内产生应力，当由此产生的混凝土内部的拉应力超过混凝土抗拉强度极限值时，混凝土便产生温度裂缝。

(5)水化热裂缝

一般多在大体积混凝土或高强混凝土施工过程中，由于混凝土水化热很高，致使混凝土内部温度与混凝土表面温度以及外部环境温度相差较大，加之有约束的存在，就会产生水化热裂缝。

(6)收缩、温度裂缝

一般在混凝土硬化过程中或使用一段时间后产生，这种裂缝是在有约束的条件下，由于混凝土的体积收缩、外界温度变化导致混凝土产生收缩和温度应力及变形，当其收缩和温度应力达到混凝土抗拉强度极限值或混凝土极限变形值时，混凝土即产生收缩温度裂缝。

(7)地基沉陷裂缝

一般情况下，当混凝土结构主体和基础刚度较大时，其抵抗地基沉陷的能力还是较强的。但是地基处理不满足规范要求时，特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，仍时常产生地基沉陷(膨胀)裂缝。

(8)应力集中裂缝

一般多在主体结构建成后出现，混凝土结构应力集中裂缝主要分布在门窗洞口、平面或立面突出凹进以及开结构洞口和结构刚度突变及集中荷载等处。对于预应力钢筋混凝土结构，一般在张拉钢筋锚固端产生的局部压应力集中处产生裂缝。

(9)冻融裂缝

一般在寒冷或严寒地区，由于混凝土受潮并遭受多次冻融，造成混凝土裂缝；也可能是由于土体冻胀，使混凝土产生裂缝。

(10)钢筋锈蚀裂缝

一般是由于在混凝土中使用外加剂不当(如使用了超量氯离子的外加剂)或混凝土结构处于有腐蚀性气体或液体的环境中，以及施工时控制不严，混凝土保护层过薄或露筋，致使混凝土中钢筋生锈，铁锈(氧化铁)体积膨胀，致使混凝土产生裂缝。此外，当混凝土碳化深度超过钢筋保护层时，也会导致钢筋锈蚀膨胀，使混凝土产生裂缝。

(11)碱骨料反应裂缝

这种裂缝是由于混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料及水中的碱性物质与骨料中的活性物质发生膨胀性的化学反应。碱骨料反应裂缝通常在混凝土浇注成型若干年后出现，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力而开裂。由于活性骨料一般呈均匀分布，故混凝土发生碱骨料反应后，混凝土各部分均产生膨胀应力和变形，特别是混凝土在遇水的情况下，其体积约膨胀3．4倍，使混凝土产生膨胀性酥松状裂缝。

(12)荷载作用裂缝

一般是由于结构物受到荷载作用，导致混凝土内部产生拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，致使混凝土产生裂缝。

2．建筑工程裂缝防治的研究

建筑工程裂缝产生的因素是多方面的，因此，对建筑工程裂缝的防治应采取综合措施，包括建筑材料的抗裂性能、建筑结构防治裂缝的设计、建筑工程施工防治裂缝的措施、建筑保温隔热性能及地基基础防治可均匀沉降的措施等。本课题着重对混凝土及原材料的抗裂性能、混凝土结构中构造缝的设计，现浇混凝土楼板裂缝防治、地基不均匀沉降裂缝防治、多层砌体房屋温度裂缝机理与防治措施，温度裂缝与外墙屋面保温等方面进行了研究。

2．1混凝土及其原材料的抗裂性能

对混凝土及其原材料抗裂性能的研究，中国建筑科学研究院国家建筑工程质量监督检验中心、同济大学及上海市建筑科学研究院、广西大学、天津市建筑科学研究院等单位根据课题的分工及要求采用不同的方法对混凝土及其原材料的抗裂性能及评价方法进行了研究，具体为：

(1)中国建筑科学研究院国家建筑工程质量监督检验中心对混凝土胶凝材料体系的抗裂性能进行了系列的试验研究，抗裂性能的评价主要采用净浆圆环开裂试验。对胶凝材料体系主要研究了水泥的开裂性能以及水灰比、外加剂、粉煤灰掺合料、矿渣掺合料等对水泥开裂性的影响。研究表明：(1)水泥的开裂性能受水泥强度、生产厂家(主要是水泥成分)和水泥碱含量等多种因素的影响。并且在碱含量和强度等级的影响中，强度等级的影响比较显著。(2)在一定水灰比范围内（一般0.3~0.5），随着水灰比的增加，水泥的开裂时间有较大的增长；当水灰比超过一定范围后（一般0.50）随着水灰比的增大，水泥的开裂时间基本不再延长，甚至有时出现了缩短。(3)高效减水剂的加入一般会使水泥的开裂时间缩短，但其在水泥中存在一饱和掺量，当掺量达到饱和掺量前，随着掺量的增加，水泥的开裂时间缩短，当达到饱和掺量后，在一定掺量范围内高效减水剂掺量的增多对开裂性能影响不大。(4)掺入适量的I级和II级粉煤灰可以有效改善水泥的抗裂性能，并且掺A I级灰的水泥抗裂性能优于掺II级灰。I级和1I级粉煤灰的适量掺入可以完全弥补高效减水剂的掺入带来的对水泥抗裂性的不利影响，粉煤灰和高效减水剂的双掺既能改善和易性又可以改善水泥的抗裂性能。粉煤灰的适宜掺量为20~30％。(5)矿渣粉对水泥开裂性能的影响不能一概而论，只能根据实际中所使用的矿渣粉的情况，根据试验确定。在试验中还发现，环开裂的时间对温度及湿度、操作过程等都比较敏感，试验条件越严酷（环境温度越高，湿度越小），开裂敏感性越大，即受偶然因素的影响越大。目前圆环开裂试验只适用于对材料抗裂性能的相对评定。

(2)同济大学和上海市建筑科学研究院等单位进行了“混凝土的组成材料与配合比对混凝土收缩性能的影响规律”以及“养护方法对混凝土早期塑性裂缝和后期收缩影响”的研究。

对混凝土收缩性能的研究表明：(1)在胶凝材料浆体组成一定时，骨料体积含量越大，混凝土的收缩值越小。骨料体积在68~70％范围内变化时，对收缩的影响最为敏感。从减少混凝土收缩的角度看，当骨料体积含量大于70％时，最为有效。(2)以粉煤灰等量替代水泥通常会导致混凝土收缩的增大，早期增大10~30％，后期增大10％左右。质量替代率小于20％，收缩增幅较大；20～30％左右，混凝土收缩基本不变或略有减小；大于30％，则收缩增幅较小。(3)矿粉等量替代水泥会导致混凝土收缩的增大，掺量小于15％时，对收缩影响较小，对控制收缩有利。(4)胶凝材料浆体组成和含量不变时，砂率不会对混凝土的收缩产生大的影响。(5)骨料体积含量一定时，存在使混凝土收缩变形小的胶凝材料浆体组成，此时0.50~0.60为较佳水灰比(水胶比)范围，在较佳水灰比(水胶比)下，单位用水量的变化对混凝土收缩变形的影响并不显著。(6)避免使用粒径分布集中、中间粒级颗粒少的的粗骨料，采用少量瓜子片调整级配，使粗骨料级配曲线接近级配要求范围下限，且含有一定量的2.5~l0mm骨料时(即级配曲线小于l0mm部分接近级配要求下限)，可在一定程度上减少混凝土的干燥收缩。(7)含泥量对收缩是绝对有害的，骨料中的含泥量应尽可能降低。

通过平板试验和收缩试验对养护方法对混凝土早期塑性裂缝和后期收缩影响的研究表明：在正常施工环境下，采用喷洒养护剂的方法，能减少混凝土的塑性裂缝，对提高混凝土的抗裂性能具有一定效果。

(3)广西大学对砌体结构现浇楼板裂缝进行了研究。其中对材料的研究主要采用了水泥砂浆平板开裂试验和水泥净浆圆环开裂试验。平板试验主要研究了不同水泥品种和水灰比对水泥砂浆塑性开裂的影响程度，研究表明，不同的水泥，其开裂时间不同；对同一种水泥，水灰比由0.3增加到0.4时，塑性收缩产生的裂缝的面积率也增大。圆环开裂试验主要研究了水灰比、养护方式和聚丙烯纤维对开裂性能的影响。研究表明，当水灰比从0.30~0.60变化时，水灰比越大，水泥石越不容易开裂。水泥石失水速度越快，开裂时间越早。加入聚丙烯纤维后可起到分散裂缝、减少裂缝宽度的作用。

(4)天津建筑科学研究院主要进行了化学减缩剂对混凝土裂缝的影响。研究表明，掺入减缩剂可以不同程度地降低混凝土的干缩率，早期减缩率可达30％~75％，后期减缩率达20％~40％。平板开裂试验和环开裂试验均证实，减缩剂可以延缓混凝土的开裂时间，减少裂缝面积及发展速度。

几个科研单位通过不同的角度、不同的方法对混凝土及其原材料的抗裂性能进行了系列的研究，得出的结论基本上是一致的。主要有：(1)在一定范围内，随着水灰比的增加，水泥石和混凝土的开裂时间延长。要想混凝土有较好的抗裂性能，混凝土水灰比宜为0.4~0.55。(2)加入一定量的I级或II级粉煤灰对提高混凝土的开裂性能是有好处的，其适宜掺量为20％~30％。尤其在掺加高效减水剂时，更宜同时掺用粉煤灰。(3)将粗骨料级配控制在接近级配曲线的下限或调配达到最大紧密密度将有利于提高混凝土的抗开裂性能。(4)采用减缩剂可以在一定程度上减少混凝土的收缩，提高混凝土的抗开裂性能。(5)注意混凝土的养护，降低混凝土的失水速率也是提高混凝土开裂性能的方法之一。(6)在混凝土中掺入适量聚丙烯纤维，能有效减轻混凝土塑性收缩裂缝的发展，降低裂缝的宽度和长度。

在上述研究的基础上，各单位还根据具体工程，结合工程试点进行了原材料的选择及混凝土的配合比优化，取得了良好的效果。

2．2混凝土结构中构造缝的设计

课题组对混凝土结构中构造缝的设计进行了专门的研究。

现代建筑物的体型和功能复杂多样，体量也越来越大。出于建筑和结构功能以及施工的需要，须将其用“结构缝”划分为若干部分，这就引起了结构中缝的设置问题。结构缝是一个综合概念，可分为永久性的构造缝和临时性的施工缝。

在建筑结构的适当部位设置各种类型的构造缝，可在满足结构体系传力功能要求的条件下，尽量减小约束应力的积聚，以达到控制裂缝的目的。

(1)构造缝的类型

在混凝土结构中设置构造缝的目的是容纳结构的各部分之间在各种作用下可能产生的变形和位移，减小约束应力的积聚，避免产生间接裂缝。设计规范中规定的“伸缩缝”，就是构造缝的一种类型。实际上，混凝土结构中设置构造缝的意义远不止“伸”和“缩”，就其功能而言，大体可分为以下几类：

①膨胀缝(伸缝)：由于混凝土结构中某些部分体积膨胀，与其余部分造成变形差。为防止变形差积累过大，设置缝而加以隔离。常见的膨胀缝多位于因日晒和炎热气候而体积变化的屋盖或山墙部位，与其保温隔热措施有关。

②固收缩缝(缩缝)：为减小混凝土在凝固过程中体积减小或温度下降而造成的约束应力，可设置收缩缝。由于混凝土的凝固收缩有时间性，相对已基本完成收缩的预制构件或叠合结构，收缩缝的要求可适当降低。

③沉降缝：地基或荷载不均匀造成结构沉降差异难以避免，在沉降差异较大处设沉降缝可以减小因此而引起的约束内力及沉降裂缝。由于基础沉降的时间性，随着沉降渐趋稳定，沉降缝的作用也逐渐减小。

④抗震缝：为避免建筑物各部分之间在地震作用时互相碰撞而设置的隔离缝，与结构体型、高度、地震烈度等因素有关。

⑤体型缝：结构体量庞大且形状复杂时，采用体型缝将其分割为形状相对简单、尺度不大的若干区段，以防止在刚度变化较大处引起内力和变形的不协调而产生裂缝。

⑥局部缝：在形状突变处或结构的凹角部位，往往因应力集中而引起局部裂缝。主动在此开槽设缝，可以消除裂缝对观感或使用功能的影响。

⑦控制缝(引导缝)：采用一定的手段(预埋隔离片或削弱截面)，引导间接裂V缝在预定位置出现，并事先采取措施消除对观感和使用功能的影响，可避免无规则开裂引起的不良后果。

⑧拼接缝：在装配式结构中，预制构件之间或预制构件与支承结构之间，需设置拼接缝并采取有效措施解决结构传力的连续性及整体性问题，并避免裂缝。

(2)构造缝的设计原则

考虑到现代建筑体量庞大、形态复杂、混凝土温度收缩变形大等特点，设计时应合理布置构造缝，防止约束应力积聚过大；

在施工过程中合理设置施工缝和后浇带，减少和避免早期收缩的影响；

根据各类构造缝的功能和特点，应尽量将其合并，做到一缝多能，并采用有效的构造措施，以保证其应有的功能；

同时提出了构造缝的做法和要求。

控制裂缝的方法可分为“堵”“补”和“导”。构造缝的设计属于“导”的范畴，但其涵义比现行规范中的“伸缩缝”要广泛和深刻得多。结构设计时除了应采取适当配筋和构造措施外，还可通过构造缝的合理设置来控制可见裂缝。设计人员应从狭义的“伸缩缝”的概念中扩大对结构设缝的理解，并力求摆脱传统设计理念。改进关于缝的设计理念，采用新的结构形式来消除产生裂缝的因素，为解决我国目前的普遍存在的裂缝问题作出努力。