國際工程水泥產品標準的對比研究

黃 旭

（中國水利水電第十工程局有限公司）

1 水泥產品標準介紹

美國通用水泥產品標準的相關文獻主要有：ASTMC150/150M《波特蘭水泥標準規范》，ASTMC595/595M《混合水硬性水泥標準規范》和ASTMC1157/1157M《水硬性水泥標準性能規范》。

我國的現行水泥產品標準相關文獻主要有：GB175《通用硅酸鹽水泥》，GB/T200《中熱硅酸鹽水泥低熱硅酸鹽水泥低熱礦渣硅酸鹽水泥》和GB/T748《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》。

2 水泥的分類

通用水泥的分類主要有兩種方法：1）按水泥組分進行分類2）按水泥的性能及用途進行分類。

不同標準體系所劃分的各類型水泥名稱存在一定差異，但其水泥組分、混合材料品種及摻量、性能指標等均具有可比性。

美標ASTMC150《硅酸鹽水泥》按性能及用途劃分為6種基本類型和4種引氣型共10種類型。6種基本類型中包括3種通用型水泥和3種特殊性能水泥。

組分（質量分數）基本類型 代號 熟料+石膏石灰石無機添加劑有機添加劑通用型 Ⅰ、ⅠA（引氣型）中抗硫通用型 Ⅱ、ⅡA（引氣型）中抗硫中熱通用型 Ⅱ(MH) 、Ⅱ(MH)A（引氣型）早強型 Ⅲ、ⅢA（引氣型）≥89 ≤5 ≤5 ≤1低熱型 Ⅳ高抗硫型 Ⅴ

中國標準 GB 175《通用硅酸鹽水泥》按混合材料的品種和摻量分為6類8個品種。

組分（質量分數）品種 代號 熟料+石膏 粒化高爐礦渣火山灰質混合材料 粉煤灰 石灰石P·Ⅰ 100 - - - -硅酸鹽水泥 P·Ⅱ ≥95 - - - ≤5≥95 ≤5 - - -普通硅酸鹽水泥 P·O ≥80且＜95 ＞5且≤20a -礦渣硅酸鹽水泥P·S·A ≥50 且＜80＞20且≤50b - - -P·S·B ≥30 且＜50＞50且≤70b - - -火山灰質硅酸鹽水泥 P·P ≥60且＜80 - ＞20且≤40c - -粉煤灰硅酸鹽水泥 P·F ≥60且＜80 - - ＞20且≤40d -復合硅酸鹽水泥 P·C ≥50且＜80 ＞20且≤50e

其中，國標GB175主要按水泥組分進行分類；美標ASTMC150主要按水泥性能及用途進行分類。按水泥組分進行分類時，不同標準的水泥名稱雖存在一定差異，但其水泥組分、混合材品種及摻量均具有可比性，特別是當混合材品種及摻量相當時，水泥性能具有一定的相似性。按水泥性能及用途進行分類時，水泥在特性指標上（水化熱或抗硫酸鹽性）具有可比性。

3 水泥的性能指標

3.1 化學指標

水泥化學指標主要包括不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂、氯離子和堿含量。美國標準C150、C595對化學指標的要求最為復雜，其中對燒失量、三氧化硫的限制較為細致，要求也較嚴，但未規定氯離子含量要求。

中國標準中，GB175所規定的水泥氯離子含量及P·Ⅰ型水泥不溶物含量要求最為嚴格，其余水泥化學指標要求比美標寬松。

3.2 物理指標

美國標準（C150、C595和C1157）對初凝時間增加了上限要求≤375min，而未規定終凝時間要求，安定性采用壓蒸法，對部分水泥有細度要求。中國標準（GB175、GB200和GB748）對初凝時間和終凝時間均有要求，安定性采用沸煮法，對部分水泥有細度要求。

3.3 強度指標

美國標準（C150、C595和C1157）未劃分強度等級，通常對1d、3d、7d、28d四個齡期中的 2～3個齡期抗壓強度有要求，對強度要求比較寬松。中國標準（GB175、GB200和GB748）按28d抗壓強度共劃分為有四個強度等級（32.5、42.5、52.5、62.5），按3d強度分為普通型和R型（早強型）兩類。通常對3d、7d、28d三個齡期中的2～3個齡期（3d和28d為主）強度有要求。

3.4 特性指標

通用水泥特性指標主要指水泥水化熱和水泥抗硫酸鹽性能。

水泥的水化熱主要取決于水泥熟料的礦物成分，其中C3A的水化熱最高、放熱速率最快，C3S與C4AF次之，C2S的水化熱最小、放熱速率也最慢。

水泥的抗硫酸鹽性能與水泥的礦物成分和化學指標有直接關系，通常低 C3A含量的水泥具有較好的抗硫酸鹽性能。

美國標準（C150、C595和C1157）中，C150除對性能指標有限制外，還對礦物成分和特殊化學指標有限制；C595和C1157僅對性能指標有限制。國標GB200和GB748既有性能指標限制，又有礦物成分或特殊化學指標限制。針對水泥的水化熱及抗硫酸鹽性能，中美標準對性能指標、礦物成分及特殊化學指標的要求，在限制范圍上略有不同外，在理念及方向上是一致的。

4 水泥試驗方法

中美水泥產品標準所涉及或引用的水泥試驗方法繁多。對應于水泥產品標準提出的性能指標，中美水泥標準都有相應的試驗方法。當采用不同的試驗方法時，相對應的性能指標要求也不盡相同。

4.1 強度試驗方法

中國標準與美國標準相比，在水泥膠砂的水灰比、灰砂比、養護溫濕度、試件尺寸與數量、加荷速率等方面均有顯著差異。國標水泥強度的試驗方法得出的各齡期抗壓強度均大于美標 ASTM的各齡期抗壓強度，且存在一定的線性關系，可作為參考。

4.2 凝結時間試驗方法

凝結時間試驗均采用維卡儀測定法，但中美標準在精度要求及判定條件上存在一定差異。美國標準在標準稠度用水量、初凝時間的判定條件上與中國標準存在顯著區別，對凝結時間的試驗結果會造成一定影響。

4.3 安定性試驗方法

中國標準采用沸煮法（雷氏夾法），適用于水泥中的游離氧化鈣（f-CaO）造成的體積安定性。美國標準采用壓蒸法（壓蒸膨脹率）檢驗水泥安定性，適用于水泥中的氧化鎂（MgO）及游離氧化鈣（f-CaO）造成的體積膨脹。中國標準在氧化鎂（MgO）含量超出標準要求時，通過壓蒸法（GB/T750）進行驗證。中國采用壓蒸法與美國采用的C151壓蒸法相比較，適用范圍及判定條件存在一定區別。

4.4 細度試驗方法

中美標準都提供了兩種檢驗水泥細度的方法，即采用篩析法得到的篩余率和采用透氣法得到的比表面積。其中，比表面積是主要的方法。篩析法其方法原理及計算方法基本一致，但所選用的標準篩篩孔尺寸有所不同。采用相同篩孔尺寸條件下，得到的篩分細度結果具有可比性。透氣法檢驗水泥比表面積，其方法原理及計算方法基本一致，都要通過對基準水泥（標準物質）進行比較的基礎上來測定比表面積。當采用的標準物質一致時，得到的比表面積具有可比性。

5 結語

美國通用水泥產品標準ASTMC1157只規定了水泥的性能指標，對水泥組分、化學成分和礦物組成沒有指標要求，突破了傳統水泥標準對此的限制，減少了新品種材料在水泥中的應用束縛，具有“開放性”的特點。其品種涵蓋了ASTMC150和ASTMC595標準中所有一般用途和特殊用途的水泥品種，在美國三大水泥標準中影響較大且應用面較廣，代表了通用水泥標準的發展方向，值得中國水泥標準借鑒。