通用硅酸盐水泥 Common Portland Cement

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1 通用硅酸盐水泥 Common Portland Cement
范文涛 辽宁省建设科学研究院 辽宁省工程质量检测中心 网址： 电话：

2 标准修订编制说明 自1953年我国第一个统一的水泥标准诞生至今，我国通用硅酸盐水泥标准已经历了4次修订。1996年我国开始了强度检验方法等同采用ISO标准的研究，1999年颁布了以新强度检验方法标准为核心的六大通用水泥标准，这标志着我国水泥标准已完全与国际接轨。

3 在1998~1999年修订GB175、GB1344、GB12958三项标准时，主要是配合我国水泥强度检验方法与国际接轨，在原92版标准的基础上只对水泥强度检验方法和强度标号进行了修订，大部分内容维持了92版标准。这样现行标准在实施中一些问题就显现出来，针对这些问题，中国建材院水泥新材所于2004年开始修订水泥标准，现已完成报批稿。

4 现行标准在使用中出现的问题 1、关于三项标准的整合 GB175-1999\GB1344-1999\GB12958-1999
按照国家标准化管理委员会对国家标准进行清理整顿的要求，同时参考欧洲水泥标准EN197-1：2000《通用波特兰水泥》，此次修订将三项标准合并为一个标准，统称为通用硅酸盐水泥。 2、关于定义和组成 按照GB/T 《标准化工作导则》的要求，定义中不能包含要求，水泥组分的含量不能在定义中体现。

5 3、关于普通硅酸盐水泥的名称及取消普通32.5水泥的理由
我国普通硅酸盐水泥是五十年代初学习苏联标准而得名的。由于普通硅酸盐水泥性能是硅酸盐熟料起主导作用，混合材起辅助作用，而少量的混合材对于节能、环保等方面有明显的社会经济效益，其使用量约占70%。 近几年来，新型水泥生产工艺不断发展，水泥熟料质量的不断提高，粉磨技术的不断进步，为水泥中多掺混合材

6 创造了条件，因此水泥品种设置和强度等级不匹配的问题愈来愈突出，绝大部分水泥企业按标准规定加入混合材实际是无法生产出32
创造了条件，因此水泥品种设置和强度等级不匹配的问题愈来愈突出，绝大部分水泥企业按标准规定加入混合材实际是无法生产出32.5等级的普通水泥，如果不突破混合材掺量就肯定是富裕强度很大，甚至超出二个强度等级，由于水泥产品附加值很低，这样一来水泥企业损失很大。 根据调查结果分析，生产P.O42.5水泥，最大混合材掺加量可以达到26%，平均水平20%；生产P.O32.5水泥，最大混合材掺量可以达到48%，平均28%。

7 因此强度等级与混合材掺量不匹配也是我国普通水泥混合材使用混乱的主要原因。
同时，生产水泥熟料需要消耗大量资源、能源，还排放大量有害气体，因此我们希望水泥企业能生产出高品质的水泥熟料，再依据不同工程的需要生产不同品种的水泥。

8 4、关于混合材种类及允许掺量 确定通用硅酸盐水泥允许使用混合材的原则： 1）保证水泥质量； 2）有利于水泥产品质量的管理； 3）混合材量大、面广； 4）对人体无害。 部分水泥的混合材掺量进行了调整，具体见标准。

9 5、关于石膏种类 增加了混合石膏。 6、关于助磨剂用量 1%改为0.5% 7、关于技术指标的一些调整。

10 标准的内容 1 本标准与欧洲水泥标准ENV197-1：2000《通用波特兰水泥》的一致性为非等效。
标准的全文强制改为条文强制。如：碱含量、细度作为选择性指标。 3 增加了通用硅酸盐水泥的定义。 定义：以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。

11 4 将组分与材料合并为一章 原版GB 、GB 、GB 第4章，本版第4章。 4.1 普通硅酸盐水泥中“掺活性混合材料时，最大掺量不超过15%。其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性混合材料来代替”改为“活性混合材料掺加量为＞5%且≤20%”，其中允许用不超过水泥质量5%且符合本标准4.2.5条的窑灰或不超过水泥质量8%且符合本标准4.2.3条的非活性混合材料代替。” 

12 4.2 将矿渣硅酸盐水泥中矿渣掺加量由“20%~70%”改为“＞20%且≤70%”，并分为A型和B型。A型矿渣掺量＞20%且≤50%。代号P.S.A；B型矿渣掺量＞50%且≤70%，代号P.S.B；
4.3 将火山灰质硅酸盐水泥中火山灰质混合材料掺量由“20%~50%”改为“＞20%且≤40%”； 4.4 将复合硅酸盐水泥中混合材料总掺加量由“应大于15%，但不超过50%”改为“＞20%且≤50%” 材料中增加了粒化高炉矿渣粉；

13 4.6 取消了复合硅酸盐水泥中允许掺加粒化精炼铬铁渣、粒化增钙液态渣、粒化碳素铬铁渣、粒化高炉钛矿渣等混合材料及符合附录A新开辟的混合材料，并将附录A取消；
说 明： 1 我国现行标准中规定了不同品种水泥混合材料的掺加量超过允许掺量为不合格品，但标准中没有明确混合材料掺加量的测定方法，从而引起了广泛的争议。 2 混合材掺量作为合格判定项目产生

14 的历史背景 在GB 和GB 标准中，不合格品判定条款中规定“凡水泥细度……或混合材掺加量超过最大限量时……为不合格品”。这一条款产生于1984年。当时我国刚刚进行改革开放，水泥年产量接近14000万吨，严重供不应求。为了满足经济建设的需要小水泥工业得到了很大的发展，但多数立窑熟料质量差，生产水泥时大都需要依靠掺混合材来改善水泥的安定性，针对这一情况为了防止水泥中混合材的超标，1984年修订时将混合材超量作为水泥不合格判定依据之一。

15 当时既没有可供全国统一使用的混合材测定方法标准，也没有在产品标准中规定的试验方法，然而标准实施后并没有出现如今的问题，主要是当时政府对企业具有无可代替的管束力，只要标准规定，行业主管部门就可以通过行政手段、或制定条例、规程对企业进行干预，所以这一规定对保证我国水泥质量，促进水泥质量提高起到了重要作用。 在今天行业主管职能只限于宏观调空的情况下来执行这一规定，确实存在没有统一方法的困难，虽然各地技术监督部门为了查处水泥中混合材掺量超标问题，采取自选

16 测试方法、指定检测机构的测定结果作为合格判定、甚至处罚的依据。但由于缺乏执法的依据，受罚水泥企业并不服气，而且抱怨很多。因此这一规定已经不在适应我国当前的实际情况，应该进行修订。
3 混合材对水泥性能的影响 世界各国对通用水泥品种的划分都是以水泥中混合材品种变化和掺加量多少来规定的。这是由于混合材品种和掺加量的变化，会对水泥的性能产生影响。

17 同一种混合材，掺量对水泥性能的影响是渐变的，相同种类的混合材对水泥性能的影响在品质内涵或影响程度上存在较大的差别，正因为可以掺入不同特性的混合材来调整硅酸盐水泥的性能，使得硅酸盐水泥具有更广泛的性能特点和更广泛的适用范围。为了合理使用具有不同性能特点的水泥，世界各国标准都把混合材引起性能变化范围基本相同的水泥划分为一个品种。我国现行标准的品种划分，基本上是建立在上世纪六十年代和七十年代的试验基础上.

18 3.1 矿渣掺量与强度的关系

19 掺加矿渣混合材料对于混合粉磨和分别粉磨的变化规律一致。对于3天、7天抗压强度，随掺量增加呈明显下降趋势，只是在掺量大于50%后，强度下降幅度略微缓和；而对于28天抗压强度，随掺量增加呈下降趋势，但掺量大于35%后强度下降幅度更为明显。 矿渣掺量大于50%后性能变化加剧。 代号 熟料+石膏 矿渣 矿渣硅酸盐水泥 P·S·A ≥50且＜80 >20且≤50b P·S·B ≥30且＜50 >50且≤70b

20 3.2 粉煤灰掺量与水泥性能关系

21 强度试验结果，当掺量小于15%时，强度略呈下降趋势，掺量大于20%后，强度随掺量的增加呈明显下降趋势。20%是一个转换区间，3天特别明显。
标准稠度用水量试验结果基本为随掺量的增加而线性增大。 水泥性能随着粉煤灰掺量的增加会发生持续的变化； 当粉煤灰掺量小于20%时，水泥性能随粉煤灰不同变化规律不尽相同，但绝大多数性能变化相对属于小副波动；

22 当粉煤灰掺量在20%~40%时，水泥性 能开始呈现有规律的变化，变化幅度随粉 煤灰不同有明显差别。 粉煤灰掺量大于40%后性能变化加剧。
代号 熟料+石膏 粉煤灰 粉煤灰硅酸盐水泥 P·F ≥60且＜80 >20且≤40

23 3.3 火山灰掺量与性能关系

24 趋势。 标准稠度用水量随掺量的增加而呈线性 增大。 当火山灰掺量小于20%时，水泥性能随火 山灰不同变化规律不尽相同，但绝大多数性
强度随火山灰掺量的增加而呈明显下降 趋势。 标准稠度用水量随掺量的增加而呈线性 增大。 当火山灰掺量小于20%时，水泥性能随火 山灰不同变化规律不尽相同，但绝大多数性 能变化相对属于小副波动； 当火山灰掺量在20%~40%时，水泥性能 开始呈现有规律的变化，变化幅度随火山不 同有明显差别。 火山灰掺量大于40%后性能变化加剧。

25 代号 熟料+石膏 火山灰质 混合材料 火山灰硅酸盐水泥 P·P ≥60且＜80 >20且≤40

26 水泥熟料质量的提高影响水泥性能的变化，而混合材品种与掺量的不同对水泥性能又有很大的影响，但水泥性能随混合材掺量的变化规律与上世纪60~70年代的试验研究结果基本一致。

27 5 增加了M类混合石膏，取消了A类 硬石膏（原版GB 、GB 、 GB 中第3章，本版第 条） 天然石膏：应符合GB/T 5483 中规定的G类或M类二级(含)以上的石膏或 混合石膏。 工业副产石膏：工业生产中以 硫酸钙为主要成分的副产物。采用工业副 产石膏时，应经过试验验证，证明对水泥 性能无害。

28 说明： 现行标准中规定水泥可以使用符合相关标准要求的二水石膏和硬石膏。但在水泥实际生产中，为了改善硬石膏与外加剂的适应性，一般多和二水石膏混合用，形成实际上使用的混合石膏；同时以混合石膏形态存在的脱硫石膏也开始广泛用于水泥生产。因此本标准增加允许“混合石膏”种类用于水泥生产。 同时，单独使用硬石膏会引起水泥与部分减水剂的不适应，造成急凝、瞬凝现象，因此本标准取消了水泥中允许使用硬石膏的规定。

29 6 助磨剂允许掺量由“不超过水泥质量的 1%”改为“不超过水泥质量的0.5%”； 7 普通水泥强度等级中取消了32.5和32.5R； 说明： 普通32.5水泥混合材掺量超标的客观原因是：水泥熟料质量的提高及粉磨技术的不断进步，为水泥中多掺混合材料创造了条件，因此水泥品种设置和强度等级不匹配的问题越来越突出，绝大部分水泥企业按标准规定加入混合材料实际是无法生产出32.5等级的

30 普通硅酸盐水泥，如不突破混合材掺量就肯 定是富裕强度很大，甚至超出二个等级，由 于水泥附加值很低，这样一来水泥企业损失 很大。同时生产水泥熟料需要消耗大量资源、 能源，还排放大量有害气体。 取消普通硅酸盐水泥32.5强度等级，将 水泥品种划分为两个层次，如果用户需要高 强度等级的水泥主要选择P.Ⅰ、P.Ⅱ、P.O； 需要低强度等级水泥主要选择P.S、P.C、P.F、 P.P等。

31 8 将矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐 水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水 泥中“熟料中的氧化镁含量”改为“水泥中的 氧化镁含量”，其中要求P.S.A型、P.F型、 P.P型、P.C型水泥中的氧化镁含量不大于 6.0%，并加注b说明“如果水泥中氧化镁含 量大于6.0%时，应进行水泥压蒸试验并合 格”；P.S.B型无要求。

32 氧化镁含量超标造成的破坏

33 XRD实验结果

34 压蒸实验前后

35 9 增加了氯离子限量的要求，即水泥中 氯离子含量不大于0.06% 说明：由于水泥混凝土中氯离子含量会 引起钢筋锈蚀，从而导致混凝土开裂破坏。 欧洲所有品种小于0.1%。对予应力应严格控制；日本：普通水泥小于0.035%，早强、超早强、中热、低热、抗硫酸盐等小于0.02%，其它品种没有规定。 其他国家没有规定。

36  钢筋的腐蚀――电化学反应过程 钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀主要是电化学腐蚀，这是由于混凝土空隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙的溶液形式存在，其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钙，pH值为12.5。在这样的强碱性的环境中，钢筋表面形成钝化膜，它是厚度为2×10-9－ 6×10-9m 的水化氧化物(nFe203·mH2O)，阻止钢筋进一步腐蚀。但是，当钢筋表面的钝化膜受到破坏，成为活化态时，钢筋就容易腐蚀。呈活化态的钢筋表面所发生的腐蚀反应的电化学机理是，当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶液中氧还原的阴极反应，相互以等速度进行，

37 其反应式如下： 阳极反应 2Fe－4e-→2Fe2+ 阴极反应 O2+2H2O+4e-→4OH- 腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出氢氧化亚铁，其反应式为 2Fe+02+2H20→2Fe2++4OH-→2Fe(0H)2 4Fe(OH)2+02+2H2O→4Fe(OH)3 该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3，并进一步生成nFe2O3·mH2O (红锈)，一部分氧化不完全的变成Fe304(黑锈)，在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4倍，黑锈体积可大到原来的两倍。铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂，进而使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。

38 氯离子很容易引起钢筋锈蚀，有三种理论解释氯离子锈蚀的电化学作用。
(1)氧化膜理论――钢筋在碱性介质中生成氧化膜，可以保护钢筋不受侵蚀，氯离子比其它离子（例如硫酸根离子）更容易通过膜的缺陷或孔隙穿透氧化膜。另一种意见认为氯离子能分散氧化膜使之更宜穿透，引起锈蚀。 (2)吸附理论――氯离子吸附于钢筋表面，促进金属离子的水化，因而使金属更容易溶解。 (3)过渡络合物理论――按照这个理论，氯离子生成氯化铁，氯化铁自阳极扩散从而破坏Fe(0H)2保护层，使腐蚀继续进行。氯化铁在电极不远处转化为氢氧化铁沉淀，氯离子自阳极传导更多的铁离子。

39 现场的经验及研究表明，对于受氯离子污染的已建结构，0
现场的经验及研究表明，对于受氯离子污染的已建结构，0.026％的氯离子浓度足以破坏钝化膜而引起钢筋的破坏。其主要反应式如下，反应最终产物氢氧化铁Fe(0H)3即是铁锈。 2Fe－4e-→2Fe2+ Fe2+ +2C1-+4H20→FeC12·4H20 FeC12·4H20→2Fe(OH)2↓+2C1-+2H++2H20 4Fe(OH)2+02+2H2O→4Fe(OH)3↓

40 10 将各强度等级的普通硅酸盐水泥的强度 指标改为和硅酸盐水泥一致，将各强度等 级复合硅酸盐水泥的强度指标改为和矿渣 硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤 灰硅酸盐水泥一致；

41 11 增加了45μm方孔筛筛余不大于30% 作为选择性指标； 6.3.4细度（选择性指标） 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面 积表示，不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水 泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐 水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示,80μm 方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛 余不大于30%。

42 说明： 水泥磨得越细，水泥水化速度越快，强 度越高。但与此对应的是水泥需水量增大、 干缩增大、施工性能变差等负面影响。在 熟料矿物组成、水泥组成固定的情况下， 这些就只有通过水泥细度在一定范围内调 整。 细度的作用由产品质量保证向性能调控作用转变。

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46 增加了选择水泥组分试验方法的原则和定期校核要求。
7.1 组分 由生产者按GB/T12960或选择准确度更高的 方法进行。在正常生产情况下，生产者应至少 每月对水泥组分进行校核，年平均值应符合本 标准第4.1条的规定，单次检验值应不超过本 标准规定最大限量的2%。 为保证组分测定结果的准确性，生产者应采 用适当的生产程序和适宜的方法对所选方法的 可靠性进行验证，并将经验证的方法形成文件。

47 13 将“按0.50水灰比和胶砂流动度不小于180mm来确 定用水量”的规定的适用水泥品种扩大为火山灰质硅酸 盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和掺火灰 质混合材料的普通硅酸盐水泥 。 7.5 强度     按GB/T17671进行。但火山灰质硅酸盐水泥、粉煤 灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥和掺火山灰质混合材料 的普通硅酸盐水泥在进行胶砂强度检验时，其用水量按 0.50水灰比和胶砂流动度不小于180mm来确定。当流动 度小于180mm时，须以0.01的整倍数递增的方法将水灰 比调整至胶砂流动度不小于180mm。 胶砂流动度试验按GB/T2419进行，其中胶砂制备按GB/T17671进行。

48 14 编号与取样中增加了年生产能力 “200万吨以上”的级别。 200万吨以上，不超过4000吨为一编号；       120万吨～200万吨，不超过2400吨为一编号； 说明：上述对于生产企业的约束，工程依然按照验收规程进行检验，即袋装200吨，散装500吨为一个批号。

49 15 将“出厂水泥应保证出厂强度等级， 其余技术要求应符合本标准有关要求” 改为“经确认水泥各项技术指标及包装质量 符合要求时方可出厂。 ” 16 增加了出厂检验项目。 出厂检验项目为6.1、6.3.1、6.3.2、6.3.3条。 17 取消了废品判定。

50 18 不合格判定中取消了细度和混合材料掺加量的规定，将判定规则改为“检验结果符合本标准6.1、6.3.1、6.3.2、
6.3.3条技术要求为合格品。检验结果不符合本标准6.1、6.3.1、6.3.2、6.3.3条中任何一项技术要求为不合格品。 ” 19 检验报告中增加了“合同约定的其他技术要求 ”。

51 20 交货与验收中增加了“水泥安定性仲裁检验时，从水泥取样之日起10天以内完成。如超过10天进行安定性检验不合格，则为不合格。”
21 包装标志中将“且应不少于标志质量的98% ”改为“且应不少于标志质量的99% ”。 22 包装标志中将“火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的两侧印刷采用黑色。”改为“火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的两侧印刷采用黑色或蓝色。”

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