【海外】美国通用水泥标准介绍
1 美国通用水泥标准ASTM C1157-2011《水泥标准性能规范》
ASTM C1157 Standard PerformanceSpecification for Hydraulic Cement《水泥标准性能规范》覆盖了所有通用硅酸盐水泥,也包含了美国另外二个通用水泥标准即ASTMC150、ASTMC595中所有水泥品种。ASTM C1157将通用硅酸盐水泥分为GU型(普通型)、HE型(早强型)、MS型(中抗硫酸盐型)、HS型(高抗硫酸盐型)、MH型(中热型)和LH型(低热型)。
ASTM C1157对水泥组分、化学指标、矿物组成和细度没有任何要求及限制,只规定了传统标准要求的物理力学性能,包括安定性、凝结时间、引气量、抗压强度、水化热指标,以及选择性指标—早期凝固性能和干燥收缩率、碱-骨料反应活性的指标,增设了耐久性指标,其技术性能要求见表1。
ASTMC1157只有普通型(GU)、高抗硫酸盐型(HS)、低热型(LH型)规定了28天强度指标,分别仅为28MPa、25MPa和21MPa,其它三品种即早强型(HE型)、中热型(MH)、中抗硫型(HS),则只规定1天或3天、7天强度,没有规定28天强度要求,且使用0.5的水胶比。
ASTM C1157仅对水泥“性能”进行规范和要求,非常“直接”和“简洁”。一张表就“简洁”列明了所有通用水泥性能要求,“直接”则体现在“不用间接指标体现性能”,而是直接测试水泥的相关性能指标。
例如,传统水泥标准依靠限制水泥的C 3 A含量,保证水泥的抗硫酸盐性能;C1157则采用水泥砂浆试件浸泡在硫酸盐溶液(ASTM C1202方法),直接试验评价水泥的抗硫酸盐性能。又如,传统上使用低碱水泥(当量Na2O含量低于0.6%)防止混凝土发生碱-骨料反应;C1157则通过试验测试水泥与高碱活性骨料一起的反应活性(ASTM C227方法),直接评价水泥抑制碱-骨料反应的性能。测试水泥的化学成分或矿物指标虽然简单快速,但对于有混合材的水泥产品,化学指标实际上不能正确反映水泥的耐久性能,直接的性能试验测试则更准确和有效。此外,C1157规定水泥包装和质保书上要标明水泥的所有组分,保证用户的知情权,也利于评定水泥和工程结构的“绿色化”程度。
ASTM C1157是美国三个通用水泥产品标准中影响最大及应用面最广的,代表了国际通用水泥产品标准的发展方向,已在北美广泛接受和采用,越来越多的国家将借鉴釆用。
表1:ASTM C 1157水泥物理性能要求
水泥类型 |
适用试验方法 (ASTM) |
GU |
HE |
MS |
HS |
MH |
LH |
||
细度 |
C204, C430 |
A |
A |
A |
A |
A |
A |
||
长度变化率(压蒸法), % ≤ |
C151 |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
0.8 |
||
凝结时间(维卡仪法B), min |
初凝≥ |
C191 |
45 |
45 |
45 |
45 |
45 |
45 |
|
初凝≤ |
420 |
420 |
420 |
420 |
420 |
420 |
|||
砂浆体积含气量, %C ≤ |
C185 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
||
抗压强度, MPaD |
1d ≥ |
C109/C109M |
/ |
12.0 |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
3d ≥ |
13.0 |
24.0 |
11.0 |
11.0 |
5.0 |
/ |
|||
7d ≥ |
20.0 |
/ |
18.0 |
18.0 |
11.0 |
11.0 |
|||
28d ≥ |
28.0 |
/ |
/ |
25.0 |
/ |
21.0 |
|||
水化热, kJ/kg |
7d ≤ |
C186 |
/ |
/ |
/ |
/ |
290 |
250 |
|
28d ≤ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
290 |
|||
砂浆棒膨胀率(14d), % ≤ |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|||
硫酸盐侵蚀膨胀率(抗硫酸盐侵蚀性能)E, % |
6个月≤ |
C1012 |
/ |
/ |
0.1 |
0.05 |
/ |
/ |
|
1年 ≤ |
/ |
/ |
/ |
0.1 |
/ |
/ |
|||
选择性物理性能指标 |
|||||||||
A选项— 引气型C, F, Vol% |
砂浆含气量 |
最大≤ |
C185 |
22 |
22 |
22 |
22 |
22 |
22 |
最小≥ |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
|||
R选项—低碱-硅酸反应活性G, % |
14d膨胀率≤ |
C227 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
56d膨胀率≤ |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
|||
早期凝固(最终贯入度), % ≥ |
C451 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
||
28d抗压强度D, MPa ≥ |
C109/C109M |
/ |
/ |
28 |
/ |
22 |
/ |
||
干燥收缩率, % |
C596 |
H |
H |
H |
H |
H |
H |
2 美国水泥标准ASTM C150 、ASTMC595简介
ASTM C150《波特兰水泥标准规范》(简译称《波特兰水泥》)系美国三个通用水泥产品标准其中一个,仅针对混合材掺量<5%的硅酸盐水泥,相当于将我国标准其中的P.Ⅰ、P.Ⅱ两个硅酸盐水泥品种单列成一个标准。ASTM C150 规定:其由粉末状硅酸盐水泥熟料、水、 硫酸钙类物质、石灰石(≤5%)和外加剂混合而成,即可以掺加≤5%的石灰石。根据使用范围将硅酸盐水泥细分为I型(普通和引气)、Ⅱ型(中抗硫、中抗硫引气、中抗硫中热和中抗硫中热引气)、Ⅲ型(高早强和高早强引气)、Ⅳ型(低热)和Ⅴ型(高抗硫)五种类型。
硅酸盐水泥化学指标包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子和碱含量等。我国与欧美标准对于化学指标规定大致一样,对于不溶物和烧失量指标,C150与GB175 P.Ⅰ、P.Ⅱ要求相似,C150没有规定氯离子指标,要求氧化镁指标≤6.0%。C150根据不同类型的水泥规定了不同的三氧化硫指标:Ⅰ型和Ⅱ型要求≤3.0%,Ⅲ型要求≤3.5%,Ⅳ和Ⅴ型要求≤2.3%;C150规定,在满足三氧化硫和烧失量要求时,硫酸钙质调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物理指标,初凝时间要求与GB175 P.Ⅰ、P.Ⅱ相似,但终凝时间要求比GB175 规定早 15min。 考虑到美国检验方法标准稠度用水量少于我国标准,所以实物水泥凝结时间的差异并不大。对于比表面积,美国标准规定≥260m2/kg,同时要求Ⅱ(MH)、Ⅱ(MH)A和Ⅳ三种类型水泥的比表面积≤430m2/kg;美国标准则根据水泥品种规定其龄期和强度指标,其中龄期主要分为1d、3d、7d 和 28d,C150根据水泥品种和类型取其中的两到四个龄期。
美国三个通用水泥产品标准之一的ASTMC595《混合水泥标准规范》(简译称《混合水泥》),则针对混合材掺量>5%的硅酸盐水泥, 相当于将我国标准的除P.Ⅰ、P.Ⅱ之外的所有通用硅酸盐水泥品种归类成为一个水泥产品标准。美国 ASTM C595规定:由矿渣和火山灰质材料与硅酸盐水泥或熟料混合而成的胶凝性材料为掺有混合材的硅酸盐水泥,依据单掺或复合掺加混合材,分为二元和三元硅酸盐水泥(相当于我国的复合水泥),其中二元水泥分为硅酸盐矿渣水泥和硅酸盐火山灰水泥。
ASTM C595中规定二元硅酸盐高炉矿渣水泥、 三元混合水泥(火山灰掺量低于矿渣掺量并低于 70%或矿渣掺量大于70%)和矿渣水泥的不溶物含量低于1.0%;C595对所有混合水泥烧失量指标都进行了规定;对于三氧化硫指标,C595分别要求了三氧化硫和硫化物两种硫含量,根据不同的混合材种类和掺量,规定各不相同。对于氧化镁指标, C595仅对二元硅酸盐火山灰水泥和三元水泥(火山灰掺量大于矿渣掺量)规定≤6.0%,C595对于氯离子指标没有要求。
ASTM C595物理指标, 我国标准除普通硅酸盐水泥用比表面积指标外,其余的只要满足80μm 筛余≤10%或 45μm 筛余≤30%的任一条即可;美国标准要求测定45μm 筛余,但无指标要求,需要在检验报告中说明;C595与GB175对于凝结时间的规定基本一致。美国标准规定水泥样品取样后,5d 内完成各龄期强度成型试验;我国和欧洲标准体系中对检验时间没有要求。
对于强度及龄期,ASTM C595规则与C150不完全相同,C595根据类型、品种以及混合材掺量的不同规定不同龄期及抗压强度指标,龄期主要有 3d、7d 和28d 或其中的两个。ASTM C595规定的强度指标,除IS(≥70)(二元水泥)、IT(≥70)(三元水泥)两个品种规定3d、28d抗压强度指标分别为5 MPa和11 Mpa外,对其它所有类型混合水泥品种规定的28天抗压强度要求是不低于25MPa。