3 基本规定 3．1 设计原则 3．1．1 混凝土结构的耐久性设计可分为经验方法和定量方法。经验方法将环境作用按其严重程度定性地划分成几个作用等级，在工程经验类比的基础上，对不同环境作用等级下的混凝土结构构件，直接规定混凝土材料的耐久性质量要求(通常用混凝土强度、水胶比、胶凝材料用量等指标表示)和钢筋保护层厚度等构造要求。近年来，经验方法有很大的改进：首先是按照材料的劣化机理确定不同的环境类别，在每一类别下再按温、湿度及其变化等不同环境条件区分其环境作用等级，从而更为详细地描述环境作用；其次是对不同设计使用年限的结构构件，提出不同的耐久性要求。 在结构耐久性设计的定量方法中，环境作用需要定量界定，然后选用适当的劣化模型求出环境作用效应，得出耐久性极限状态下的环境作用效应与耐久性抗力的关系，可针对使用年限来计算材料与构造参数，也可针对确定的材料与构造参数来验算使用年限。作为耐久性设计目标，结构设计使用年限应具有规定的安全度，所以在环境作用效应与耐久性抗力关系式中应引入相应的安全系数，当用非确定性方法设计时应满足所需的保证率。对于混凝土结构耐久性极限状态与设计使用年限安全度的具体规定，可见本标准的附录A。 应该说明，耐久性设计的经验方法和定量方法并不对立，两者在同一设计过程中互为补充：经验方法确定总体布置、构造、耐久性控制过程以及材料类型，定量方法在此基础上对确定的耐久性极限状态、进行材料性质和构造参数的定量设计。目前，环境作用下耐久性设计的定量计算方法尚未成熟到能在工程中普遍应用的程度。在各种劣化机理的计算模型中，可供使用的还只局限于定量估算钢筋开始发生锈蚀的年限。在国内外现行的混凝土结构设计规范中，所采用的耐久性设计仍然主要通过耐久性要求来实现。 本标准对传统的经验方法进行了改进。除了细化环境的类别和作用等级外，在混凝土的耐久性质量要求中，本标准既规定了不同环境类别与作用等级下的混凝土最低强度等级、最大水胶比和混凝土原材料组成，又提出了混凝土抗冻耐久性指数、氯离子扩散系数等耐久性指标的量值规定；同时从耐久性要求出发，对结构构造方法、施工质量控制以及工程使用阶段的维修检测作出了比较具体的规定。对于设计使用年限所需的安全度，已隐含在标准的上述规定当中。 3．1．2 本条提出混凝土结构耐久性设计的基本内容，强调耐久性的设计不限于确定材料的耐久性指标与钢筋的混凝土保护层厚度。适当的防排水构造措施能够非常有效地减轻环境作用，因此也是耐久性设计的重要内容。混凝土结构的耐久性还在很大程度上取决于混凝土施工中的成型工艺质量与钢筋保护层厚度的施工误差，国内现行的施工规范较少考虑耐久性的要求，因此必须提出基于耐久性的成型工艺过程控制与保护层厚度的质量验收要求。 在严重环境作用下，仅靠提高混凝土保护层的材料质量、增加保护层的厚度，往往还不能保证设计使用年限，这时就应采取一种或多种防腐蚀附加措施组成合理的多重防护策略；对于使用过程中难以检测和维修的关键部件如预应力钢绞线，应采取多重防护措施。 混凝土结构的设计使用年限是建立在预定的维修与使用条件下的。因此，耐久性设计需要明确结构使用阶段的维护、检测要求，包括设置必要的检测通道，预留检测维修的空间和装置等；这些构造和设施必须在设计阶段确定，这些构造设施需要支撑长期检测和维护，因此自身的长期耐久性也需要进行设计，确保其使用年限不低于检测和维护的结构或构件。从目前的工程实践来看，对于浪溅区的钢筋混凝土构件，必要的构造设施包括：在构件表面预留永久性检测与维护通道和栏杆，在构件内部除预应力钢筋(钢绞线)和预埋钢件外，钢筋之间通过点焊连接。对于重要工程，需要预置耐久性监测和预警系统。 对于严重环境作用下的混凝土工程，为确保使用年限，除进行施工建造前的结构耐久性设计外，尚应根据竣工后实测的混凝土耐久性和保护层厚度进行结构耐久性的再设计，以便针对问题及时采取措施；在结构的使用年限内，尚需根据实测的材料劣化数据时结构的剩余使用年限作出判断，并针对问题继续进行再设计，必要时追加防腐措施或适时修复。 3．1．3 本条提出了设计阶段应对混凝土结构使用阶段进行维护制度设计的内容和原则。传统的结构设计并不包括结构使用期的维护方法和策略。近年来，全寿命和全过程的观念在土木工程领域逐渐为人们所接受：结构设计应全面考虑设计、施工以及使用期的维护管理，使结构不同阶段的性能在设计阶段就能够得到最大程度的考虑，最终使结构设计能够满足各个阶段的性能要求，并优化结构的全寿命成本。 混凝土结构的使用期占其全寿命周期(设计、施工、使用、拆除等阶段)的大部分，合理地规划使用期中结构与构件的维护制度，对于抵消环境作用引起的性能劣化、维持结构的性能水平很重要。这部分内容被称为混凝土结构的维护设计，要求在设计阶段就根据结构设计方案以及具体采取的耐久性设计措施，合理规划使用期的维护技术和维护的频次。对于环境作用轻微、使用年限较短的结构，在设计阶段将混凝土结构设计成使用期中免维护可能比较有利；对于环境作用严酷或使用年限较长的结构，在设计阶段将初次耐久性设计与使用期的维护技术与频次相结合会使结构全寿命成本更加合理。同时，一些工业建筑的维护，一般需要结合工艺设备的检修、更新等要求综合考虑，因此这些结构和构件的维护制度除需考虑环境作用引起的性能劣化外，还需考虑具体的使用要求。 设计阶段进行的耐久性设计与维护设计并不矛盾，两者在不同的结构周期中保证结构的使用年限。维护设计的必要性来自两个基本方面：①耐久性设计过程中的不确定性因素导致结构实际的使用年限保证率有不确定性，需要在使用期辅之以必要的维护手段，提高结构对这些不确定性因素的抵抗能力；②在严酷环境作用或使用年限较长的情况下，初次耐久性设计可能无法一次达到使用年限，或者对使用年限的设计保证率偏低，需要采取维护技术来达到预期的使用年限，这时维护设计实际上是耐久性设计向使用期的延伸。 本条的维护设计除涉及具体的维护技术和频次外，还包含与维护相关的检测与修复技术。目前混凝土结构的维护设计尚属新生事物，但其对合理、有效保证混凝土结构实现其预定使用年限方面有重要作用。