美歐四個通用水泥標準簡介與特點

  1 美國通用水泥標準ASTM C1157-2011《水泥標準性能規(guī)范》

  ASTM C1157 Standard Performance Specification for Hydraulic Cement《水泥標準性能規(guī)范》覆蓋了所有通用硅酸鹽水泥，也包含了美國另外二個通用水泥標準即ASTMC150、ASTMC595中所有水泥品種。ASTM C1157將通用硅酸鹽水泥分為GU型（普通型）、HE型（早強型）、MS型（中抗硫酸鹽型）、HS型（高抗硫酸鹽型）、MH型（中熱型）和LH型（低熱型）。

  ASTM C1157對水泥組分、化學指標、礦物組成和細度沒有任何要求及限制，只規(guī)定了傳統(tǒng)標準要求的物理力學性能，包括安定性、凝結(jié)時間、引氣量、抗壓強度、水化熱指標，以及選擇性指標-早期凝固性能和干燥收縮率、堿-骨料反應(yīng)活性的指標，增設(shè)了耐久性指標，其技術(shù)性能要求見表1。

  ASTM C1157只有普通型(GU)、高抗硫酸鹽型(HS)、低熱型(LH型)規(guī)定了28天強度指標,分別僅為28MPa、25MPa和21MPa，其它三品種即早強型(HE型)、中熱型(MH)、中抗硫型(HS),則只規(guī)定1天或3天、7天強度，沒有規(guī)定28天強度要求，且使用0.5的水膠比。

  ASTM C1157僅對水泥“性能”進行規(guī)范和要求，非?！爸苯印焙汀昂啙崱薄Ｒ粡埍砭汀昂啙崱绷忻髁怂型ㄓ盟嘈阅芤?“直接”則體現(xiàn)在“不用間接指標體現(xiàn)性能”，而是直接測試水泥的相關(guān)性能指標。

  例如，傳統(tǒng)水泥標準依靠限制水泥的C 3 A含量，保證水泥的抗硫酸鹽性能；C1157則采用水泥砂漿試件浸泡在硫酸鹽溶液（ASTM C1202方法），直接試驗評價水泥的抗硫酸鹽性能。又如，傳統(tǒng)上使用低堿水泥（當量Na2O含量低于0.6%）防止混凝土發(fā)生堿－骨料反應(yīng)；C1157則通過試驗測試水泥與高堿活性骨料一起的反應(yīng)活性（ASTM C227方法），直接評價水泥抑制堿－骨料反應(yīng)的性能。測試水泥的化學成分或礦物指標雖然簡單快速，但對于有混合材的水泥產(chǎn)品，化學指標實際上不能正確反映水泥的耐久性能，直接的性能試驗測試則更準確和有效。此外，C1157規(guī)定水泥包裝和質(zhì)保書上要標明水泥的所有組分，保證用戶的知情權(quán)，也利于評定水泥和工程結(jié)構(gòu)的“綠色化”程度。

  ASTM C1157是美國三個通用水泥產(chǎn)品標準中影響最大及應(yīng)用面最廣的，代表了國際通用水泥產(chǎn)品標準的發(fā)展方向，已在北美廣泛接受和采用，越來越多的國家將借鑒釆用。

  2 美國水泥標準ASTM C150 、ASTM C595簡介

  ASTM C150《波特蘭水泥標準規(guī)范》（簡譯稱《波特蘭水泥》）系美國三個通用水泥產(chǎn)品標準其中一個,僅針對混合材摻量<5％的硅酸鹽水泥，相當于將我國標準其中的P.Ⅰ、P.Ⅱ兩個硅酸鹽水泥品種單列成一個標準。ASTM C150 規(guī)定：其由粉末狀硅酸鹽水泥熟料、水、 硫酸鈣類物質(zhì)、石灰石（≤5%）和外加劑混合而成，即可以摻加≤5%的石灰石。根據(jù)使用范圍將硅酸鹽水泥細分為I型（普通和引氣）、Ⅱ型（中抗硫、 中抗硫引氣、中抗硫中熱和中抗硫中熱引氣）、Ⅲ型（高早強和高早強引氣）、Ⅳ型（低熱）和Ⅴ型（高抗硫）五種類型。

  硅酸鹽水泥化學指標包括不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂、氯離子和堿含量等。我國與歐美標準對于化學指標規(guī)定大致一樣，對于不溶物和燒失量指標，C150與GB175 P.Ⅰ、P.Ⅱ要求相似，C150沒有規(guī)定氯離子指標，要求氧化鎂指標≤6.0%。C150根據(jù)不同類型的水泥規(guī)定了不同的三氧化硫指標：Ⅰ型和Ⅱ型要求≤3.0%，Ⅲ型要求≤3.5%，Ⅳ和Ⅴ型要求≤2.3%；C150規(guī)定，在滿足三氧化硫和燒失量要求時，硫酸鈣質(zhì)調(diào)凝材料可以以二水石膏、半水石膏和硬石膏的任意形式和任意比例加入。

  ASTM C150物理指標，初凝時間要求與GB175 P.Ⅰ、P.Ⅱ相似，但終凝時間要求比GB175 規(guī)定早 15min。 考慮到美國檢驗方法標準稠度用水量少于我國標準，所以實物水泥凝結(jié)時間的差異并不大。對于比表面積，美國標準規(guī)定≥260m2/kg，同時要求Ⅱ(MH)、Ⅱ(MH)A和Ⅳ三種類型水泥的比表面積≤430m2/kg；美國標準則根據(jù)水泥品種規(guī)定其齡期和強度指標，其中齡期主要分為1d、3d、7d 和 28d，C150根據(jù)水泥品種和類型取其中的兩到四個齡期。

  美國三個通用水泥產(chǎn)品標準之一的ASTMC595《混合水泥標準規(guī)范》（簡譯稱《混合水泥》），則針對混合材摻量>5％的硅酸鹽水泥, 相當于將我國標準的除P.Ⅰ、P.Ⅱ之外的所有通用硅酸鹽水泥品種歸類成為一個水泥產(chǎn)品標準。美國 ASTM C595規(guī)定：由礦渣和火山灰質(zhì)材料與硅酸鹽水泥或熟料混合而成的膠凝性材料為摻有混合材的硅酸鹽水泥，依據(jù)單摻或復(fù)合摻加混合材，分為二元和三元硅酸鹽水泥(相當于我國的復(fù)合水泥)，其中二元水泥分為硅酸鹽礦渣水泥和硅酸鹽火山灰水泥。

  ASTM C595中規(guī)定二元硅酸鹽高爐礦渣水泥、 三元混合水泥（火山灰摻量低于礦渣摻量并低于 70%或礦渣摻量大于 70%）和礦渣水泥的不溶物含量低于1.0%；C595對所有混合水泥燒失量指標都進行了規(guī)定；對于三氧化硫指標，C595分別要求了三氧化硫和硫化物兩種硫含量，根據(jù)不同的混合材種類和摻量，規(guī)定各不相同。對于氧化鎂指標， C595僅對二元硅酸鹽火山灰水泥和三元水泥（火山灰摻量大于礦渣摻量）規(guī)定≤6.0%，C595對于氯離子指標沒有要求。

  ASTM C595物理指標, 我國標準除普通硅酸鹽水泥用比表面積指標外，其余的只要滿足80μm 篩余≤10%或 45μm 篩余≤30%的任一條即可；美國標準要求測定45μm 篩余，但無指標要求，需要在檢驗報告中說明；C595與GB175對于凝結(jié)時間的規(guī)定基本一致。美國標準規(guī)定水泥樣品取樣后，5d 內(nèi)完成各齡期強度成型試驗；我國和歐洲標準體系中對檢驗時間沒有要求。

  對于強度及齡期，ASTM C595規(guī)則與C150不完全相同，C595根據(jù)類型、品種以及混合材摻量的不同規(guī)定不同齡期及抗壓強度指標，齡期主要有 3d、7d 和28d 或其中的兩個。ASTM C595規(guī)定的強度指標,除IS(≥70)（二元水泥）、IT(≥70)（三元水泥）兩個品種規(guī)定3d、28d抗壓強度指標分別為5 MPa和11 Mpa外，對其它所有類型混合水泥品種規(guī)定的28天抗壓強度要求是不低于25MPa。

  3 歐洲EN 197-1 《通用水泥的組成、規(guī)格要求和合格評定準則》

  現(xiàn)行歐洲水泥產(chǎn)品標準主要是 EN 197-1：2011, 有中文資料又翻譯成《通用波特蘭水泥》，EN197-1《通用水泥的組成、規(guī)格要求和合格評定準則》分32.5、42.5、52.5三個等級，沒有62.5等級。

  將通用水泥分為5類：波特蘭水泥(CEMⅠ)、波特蘭復(fù)合水泥(CEMⅡ)、礦渣水泥(CEMⅢ)、火山灰水泥(CEMⅣ)、復(fù)合水泥(CEMⅤ)。根據(jù)混合材料種類和摻量將水泥品種劃分得很細，共 27 種通用水泥,<5％混合材摻量的只有一個品種即 CEM I型,允許加入≤5%的輔助混合材（礦渣、火山灰、粉煤灰、燒頁巖、硅灰、窯灰和石灰石），主要用于調(diào)整水泥的物理性能。

  歐洲標準EN 197-1規(guī)定摻有 >5% 混合材的硅酸鹽水泥品種有26個，根據(jù)混合材的種類和摻量，分為Ⅱ～Ⅴ 型，其中Ⅱ型有：硅酸鹽礦渣水泥、硅酸鹽硅灰水泥、硅酸鹽火山灰水泥、硅酸鹽粉煤灰水泥、硅酸鹽燒頁巖水泥、硅酸鹽石灰石水泥和硅酸鹽復(fù)合水泥；Ⅲ 型為礦渣水泥； Ⅳ 型為火山灰水泥； Ⅴ 型為復(fù)合水泥?；旌喜暮w為礦渣、硅灰、粉煤灰、火山灰、燒頁巖、石灰石等，混合材最高摻量分別為95%(礦渣礦渣)、55%(火山灰) 、35%(粉煤灰、石灰石、燒頁巖)、10%(硅灰)。歐洲通用水泥 CEMⅡ類中，混合材料摻量 6%～20%的 9 種水泥大體上相當于我國的普通水泥。CEMⅡ類中混合材料摻量 21%～35%的 8 種水泥，同我國的礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和復(fù)合水泥中實際混合材料摻加量大體一致。

  歐洲EN197-1通用水泥標準中CEMⅢ、CEMⅣ、CEMⅤ(復(fù)合水泥)三類水泥主要是混合材料單摻和復(fù)合摻加量較多的水泥(如大于36%)。歐洲標準對于摻兩種及以上混合材的復(fù)合硅酸鹽水泥有三種：一種在 CEMⅡ型水泥中，混合材摻量在 21%～35% ；第二種在CEMⅣ 型水泥中, 混合材摻量在 11%～55%；第三種為 CEM Ⅴ 型水泥，混合材摻量在 36%～80%，只有在摻礦渣的情況下才可以摻加硅質(zhì)粉煤灰、火山灰質(zhì)材料。

  歐洲標準EN197-1分為早期強度（ 2d 或 7d ）和標準強度（ 28d ），除 32.5 等級設(shè)置為7 天、28 天，其余等級均為 2 天、28 天，也未有“普通硅酸鹽水泥”這一名稱。EN197-1不僅對不同強度等級水泥的 28d 強度下限提出要求，而且對其上限也進行了規(guī)定。EN197-1要求混合材特性標識清晰：火山灰質(zhì)材料分為自然和人工兩類，粉煤灰分為鈣質(zhì)和硅質(zhì)兩類，石灰石按有機碳含量分為兩類。摻有不同混合材水泥出廠時，需要在符號中明示。

  我國與歐洲標準對于化學指標項目規(guī)定大致一樣，EN 197-1對CEM I型（混合材摻量≤5%）不溶物和燒失量要求較寬松，為≤5.0%,氯離子指標規(guī)定≤0.10%，氧化鎂要求≤6.0%。

  EN197-1對摻有 >5%混合材的硅酸鹽水泥即其它有26個品種化學指標要求，不溶物、燒失量指標僅對礦渣水泥限制≤5.0%；根據(jù)不同的強度等級對于三氧化硫指標規(guī)定了不同的指標；氯離子規(guī)定≤0.10%，氧化鎂指標沒有要求。

  EN197-1則根據(jù)不同的強度類型（標準強度和早期強度）規(guī)定了不同的指標。對摻有>5% 混合材的硅酸鹽水泥，根據(jù)水泥的強度等級規(guī)定的強度指標、凝結(jié)時間與 CEMⅠ型一致。EN197-1對細度、比表面積沒有指標要求。對初凝時間要求：32.5 等級水泥≥75min，42.5 等級水泥≥60min，52.5 等級水泥≥45min，對終凝時間沒有要求。

  4 歐美通用水泥產(chǎn)品標準特點與分析

  根據(jù)以上介紹與簡要對比，就很好理解美國三大水泥標準為什么沒有劃分水泥等級。實際上，ASTMC150僅是美國水泥三大標準之一，ASTMC150 僅將混合材摻量<5％的硅酸鹽水泥或者說單摻<5％石灰石42.5、52.5通用硅酸鹽水泥單列成一個標準。因為限制了混合材摻量<5％，故基本確定了強度等級為42.5及以上級別?？筛鶕?jù)用戶要求，通過調(diào)整比表面積、石灰石摻量生產(chǎn)銷售相應(yīng)強度等級或要求的產(chǎn)品。ASTM C595除IS(≥70)、IT(≥70)兩個品種規(guī)定3d、28d抗壓強度指標分別為5 MPa和11 Mpa外（類似我國的砌筑水泥），對其它所有類型混合水泥品種規(guī)定的28天抗壓強度最高要求是不低于25Mpa，其化學、物理性能基本與我國32.5水泥的要求相近?？筛鶕?jù)用戶要求，通過調(diào)整細度、混合材摻量及種類生產(chǎn)銷售相應(yīng)強度等級或要求的產(chǎn)品。

  ASTM C 1157-11、ASTMC595則針對用于直接配制混凝土及摻加混合材的所有通用水泥品種,也就更好理解美國標準對水泥28天強度指標要求相對較低、較松。其中 LH型7 、28天強度指標分別為11、21 MPa，由于美國檢驗方法標準與中歐采用的ISO法有所區(qū)別，有關(guān)權(quán)威專家換算分別約相當于我國檢測方法強度值14.8、28.5MPa。

  美國水泥產(chǎn)品標準這樣寬松而實事求是的要求，為大摻量應(yīng)用混合材、改善混凝土后期性能及耐久性提供了很大的余地，為供需雙方提供了較大的自由度。ASTM C 1157直接而簡潔地體現(xiàn)了水泥標準的本質(zhì)和功能，較好地克服了標準滯后性的缺點，能夠開放性地包容材料和技術(shù)發(fā)展。更體現(xiàn)了標準的科學性、適用性、公平的原則，為水泥企業(yè)生產(chǎn)銷售直接配制混凝土的專用水泥提供了依據(jù)和技術(shù)條件，更有利于確保工程質(zhì)量。歐洲標準復(fù)合水泥中混合材摻量允許最高達80%, ASTMC595《混合水泥》中規(guī)定三元水泥允許混合材摻量最高95％，而我國標準規(guī)定混合材摻量 ＞20% 且≤50%，嚴于歐美標準要求。

  我國水泥標準系參照采用ISO及歐洲標淮修訂的，GB/T17671《水泥膠砂強度檢驗方法》是根據(jù)ISO679《水泥試驗方法-強度測定》制定的，主要內(nèi)容完全一致。GB175《通用硅酸鹽水泥》與歐洲水泥標準 EN197-1《通用波特蘭水泥》非常相似,GB175與EN197-1一致性程度為非等效，相當于目前國家標委會要求的“等同或修改”兩種采用國際標準形式的其中一種“修改采用”。歐美水泥標準均沒有所謂62.5 水泥，僅我國標準有62.5等級，但可以說完全沒有生產(chǎn)應(yīng)用，歐美標準對水泥的抗折強度均沒有要求。

  歐美中三國通用水泥均屬硅酸鹽水泥即波特蘭水泥系列，劉晨等“我國水泥產(chǎn)品標準與歐美標準的對比分析”結(jié)論：“從目前各國標準現(xiàn)狀來看，歐美標準和我國標準從材料組成、物理性能和化學指標等項目都比較接近，這為下一步實現(xiàn)統(tǒng)一奠定了良好基礎(chǔ)” 。

  所有國際標準都是推薦性，隨著世界各國“采標”步伐的加快，絕大多數(shù)國家水泥產(chǎn)品標準趨向一致。深入了解先進國家水泥標準情況，掌握國際先進標準發(fā)展方向，消除“人云亦云，以訛傳訛”帶來的危害，對于我國制修訂科學合理的水泥標準與調(diào)整水泥級別設(shè)置有重大意義。

  參考文獻：

  [1]王旭方，顏小波，劉 晨等.我國水泥產(chǎn)品標準與歐美標準的對比分析 [J].水泥，2014 （ 11 ）

  [2]趙 筠，廉慧珍.水泥標準應(yīng)有利于充分利用礦物摻和料--水泥性能標準 ASTM C1157 的啟示 [J]. 混凝土世界，2014（ 2 ）:45-54.