中國與俄羅斯水泥標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

宋曉東，曾　志，韓國慶，鄭新國

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都　610031；2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京　100081)

俄羅斯的莫(斯科)喀(山)高鐵是俄羅斯規(guī)劃高鐵2號(hào)線莫斯科至葉卡捷琳堡高速鐵路的重要一段，也是北京至莫斯科歐亞高速運(yùn)輸通道的重要一段。莫喀高鐵從莫斯科樞紐庫爾斯克車站自西向東經(jīng)莫斯科市、莫斯科地區(qū)、弗拉基米爾州、下諾夫哥羅德州、楚瓦什共和國、馬里埃爾共和國、韃靼斯坦共和國7個(gè)聯(lián)邦主體，未來向東經(jīng)喀山、葉卡捷琳堡至哈薩克斯坦，之后繼續(xù)向東至中國烏魯木齊，接中國高速鐵路網(wǎng)向東至北京。莫喀高鐵線路長度770 km，沿途經(jīng)過的主要城市和線路走向見圖1。

圖1　莫喀高速鐵路線路走向

俄羅斯的環(huán)境條件與中國差異較大，其鐵路建設(shè)采用的相關(guān)規(guī)范也與中國有較大差異。為了深入了解中俄兩國水泥性能的差異，本文從組成成分、物理力學(xué)性能、化學(xué)指標(biāo)、環(huán)保性能等方面對(duì)比分析中國水泥規(guī)范GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》[1]和俄羅斯水泥規(guī)范GOST 31108—2003《通用水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]，以供中國擬參與莫喀高鐵建設(shè)的工程技術(shù)人員和施工人員參考。

1　組成成分

中國通用硅酸鹽水泥的組成成分見表1，俄羅斯水泥的組成成分見表2。由表1和表2可知，中俄兩國水泥的組成成分基本相同，主要為硅酸鹽水泥熟料、石膏和混合材料。允許摻入水泥中的混合材料種類也基本相同，主要有?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料(包括燒黏土、燒頁巖、微硅石等)、粉煤灰和石灰石。但是，中俄兩國規(guī)范對(duì)水泥中混合材料的總摻量和混合材料的質(zhì)量要求不同。如俄羅斯規(guī)范規(guī)定復(fù)合水泥中混合材料總量為22%～60%，而中國規(guī)范規(guī)定20%<復(fù)合水泥中混合材料總量≤50%。為了控制石灰石中雜質(zhì)含量和含泥量，中國規(guī)范要求石灰石中三氧化二鋁含量不大于2.5%[3]。俄羅斯規(guī)范要求更為嚴(yán)格，要求石灰石中按氧化鈣含量計(jì)算的碳酸鈣含量應(yīng)不小于石灰石質(zhì)量的75%，泥質(zhì)和黏土質(zhì)含量應(yīng)不大于1%。

水泥中摻加混合材料不但能改善水泥的某些性能，還能綜合利用工業(yè)廢棄物。但是，由于水泥生產(chǎn)、銷售、使用都受地域限制，因此，各國在水泥規(guī)范中依據(jù)本國資源、工業(yè)廢渣等情況對(duì)摻加混合材料的種類和摻量進(jìn)行了規(guī)定[3-5]。中俄兩國規(guī)范對(duì)水泥中混合材料的要求不同，主要原因是中國和俄羅斯的天然礦產(chǎn)資源和工業(yè)廢渣的情況不同。

表1　中國通用硅酸鹽水泥的組成成分　%

表2　俄羅斯水泥的組成成分　%

注：1)可以使用包括?；郀t礦渣、火山灰、粉煤灰、燒黏土或燒頁巖、微硅石和石灰石在內(nèi)的任何混合材料作為水泥的次要組分。次要組分不應(yīng)明顯提高水泥的用水量、降低混凝土的使用壽命或鋼筋的防腐能力；2)用于調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間的石膏未列入表中。

中俄兩國規(guī)范對(duì)水泥中石膏的規(guī)定不同。由于在水泥生產(chǎn)中單獨(dú)使用硬石膏可能導(dǎo)致水泥與部分減水劑不相容，造成急凝或瞬凝現(xiàn)象，而將硬石膏和二水石膏混合使用可以改善水泥與減水劑的相容性。因此，中國規(guī)范不允許單獨(dú)使用硬石膏，允許混合使用[6]，而俄羅斯規(guī)范允許單獨(dú)使用硬石膏。

中俄兩國規(guī)范對(duì)水泥中加工助劑的規(guī)定不同。由于中國市場(chǎng)銷售的助磨劑成分大多為工業(yè)廢鹽，摻加了大量的氯化鈣。氯鹽摻入過多易使混凝土中的鋼筋發(fā)生銹蝕破壞[7]。因此，中國規(guī)范中助磨劑的加入量不應(yīng)大于水泥質(zhì)量的0.5%。俄羅斯規(guī)范中特殊混合材料和加工助劑總量不應(yīng)超過水泥質(zhì)量的1.0%；有機(jī)干粉混合材料的摻量不應(yīng)超過水泥質(zhì)量的0.5%。

中俄兩國規(guī)范對(duì)水泥的分類方法相同，都是根據(jù)混合材料的種類和摻量予以分類，但是對(duì)水泥的具體分類不同。中國通用硅酸鹽水泥分為6大類：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。俄羅斯水泥分為5大類：硅酸鹽水泥、含混合材料的硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)水泥、復(fù)合水泥。中國的普通硅酸鹽水泥相當(dāng)于俄羅斯的含混合材料的硅酸鹽水泥；中國把粉煤灰硅酸鹽水泥單獨(dú)作為一類水泥，而俄羅斯把粉煤灰歸為火山灰質(zhì)混合材料，將粉煤灰硅酸鹽水泥包含在火山灰質(zhì)水泥中了。

2　物理力學(xué)性能

2.1　強(qiáng)度

中國通用硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)及其強(qiáng)度指標(biāo)見表3，俄羅斯水泥的強(qiáng)度等級(jí)及其強(qiáng)度指標(biāo)見表4。

表3　中國通用硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)及其強(qiáng)度指標(biāo)MPa

表4　俄羅斯水泥的強(qiáng)度等級(jí)及其強(qiáng)度指標(biāo)　MPa

注：H表示非早強(qiáng)型水泥，Б表示早強(qiáng)型水泥。

由表3和表4可知，中國與俄羅斯規(guī)范均采用水泥的28 d抗壓強(qiáng)度來確定水泥的強(qiáng)度等級(jí)，同時(shí)對(duì)水泥的早期強(qiáng)度有要求。由于中俄兩國水泥原材料的差異以及國情不同，所以兩國規(guī)范對(duì)水泥早期強(qiáng)度的表征齡期和要求值不同：

1)中國規(guī)范采用3 d強(qiáng)度來表征水泥的早期強(qiáng)度。對(duì)于22.5H和32.5H水泥，俄羅斯規(guī)范采用7 d強(qiáng)度來表征水泥的早期強(qiáng)度；對(duì)于32.5Б，42.5H，42.5Б，52.5H，52.5Б水泥，俄羅斯采用2 d強(qiáng)度來表征水泥的早期強(qiáng)度。

2)中國規(guī)范對(duì)相同強(qiáng)度等級(jí)不同品種水泥的早期強(qiáng)度要求不同，如硅酸鹽水泥42.5級(jí)和普通硅酸鹽水泥42.5級(jí)的3 d強(qiáng)度要求不小于17 MPa；礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥的3 d強(qiáng)度要求不小于15 MPa。俄羅斯規(guī)范對(duì)相同強(qiáng)度等級(jí)不同品種水泥的早期強(qiáng)度要求則是相同的。

3)同時(shí)限制水泥28 d的最小強(qiáng)度和最大強(qiáng)度有利于控制水泥生產(chǎn)的穩(wěn)定性和勻質(zhì)性，對(duì)于保證混凝土的質(zhì)量非常有益，可避免由于水泥強(qiáng)度高而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度富余量過大。因此，對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)為22.5，32.5，42.5的水泥，俄羅斯規(guī)范不僅規(guī)定了其28 d應(yīng)達(dá)到的最低強(qiáng)度，還規(guī)定了28 d不能超過的最高強(qiáng)度。中國規(guī)范僅規(guī)定了水泥28 d應(yīng)達(dá)到的最低強(qiáng)度。

2.2　凝結(jié)時(shí)間

中國規(guī)范規(guī)定硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不小于45 min，終凝時(shí)間不大于390 min；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不小于45 min，終凝時(shí)間不大于600 min。俄羅斯規(guī)定22.5Н，32.5Н，32.5Б水泥初凝時(shí)間不小于75 min；42.5Н和42.5Б水泥初凝時(shí)間不小于60 min；52.5Н和52.5Б水泥初凝時(shí)間不小于45 min。對(duì)比中俄兩國對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的要求可以看出，中國規(guī)范的依據(jù)是不同的水泥品種，而俄羅斯規(guī)范的依據(jù)是不同的水泥強(qiáng)度等級(jí)，水泥強(qiáng)度越高，最短初凝時(shí)間越小。

中國規(guī)范規(guī)定了水泥的終凝時(shí)間，而俄羅斯規(guī)范對(duì)水泥的終凝時(shí)間沒有要求。原因是俄羅斯規(guī)范對(duì)水泥的早期強(qiáng)度要求高，終凝時(shí)間過長的水泥無法滿足早期強(qiáng)度的要求。

2.3　細(xì)度

中國規(guī)范規(guī)定了水泥細(xì)度為選擇性指標(biāo)，俄羅斯規(guī)范沒有規(guī)定水泥細(xì)度指標(biāo)。由于中國水泥工業(yè)起步晚、工藝落后，粉磨細(xì)度粗，為了防止非粉磨原因造成的大顆粒進(jìn)入成品影響水泥的使用，中國在通用水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了細(xì)度指標(biāo)并沿用至今。由于水泥細(xì)度是一個(gè)工藝性控制參數(shù)，所以中國規(guī)范將其作為選擇性指標(biāo)[4,7]。而俄羅斯的水泥制造技術(shù)相對(duì)發(fā)達(dá)，水泥細(xì)度較細(xì)，故未規(guī)定水泥細(xì)度指標(biāo)。

3　化學(xué)指標(biāo)

中國通用硅酸鹽水泥的化學(xué)指標(biāo)見表5，俄羅斯水泥的化學(xué)指標(biāo)見表6。由表5和表6可知，中國通用硅酸鹽水泥的化學(xué)指標(biāo)主要包括：不溶物含量、燒失量、三氧化硫含量、氧化鎂含量、氯離子含量、堿含量(選擇性指標(biāo))等。俄羅斯水泥規(guī)范對(duì)化學(xué)指標(biāo)的規(guī)定與中國規(guī)范大致相同。主要區(qū)別是中國規(guī)范規(guī)定了水泥中氧化鎂的含量，俄羅斯規(guī)范沒有規(guī)定水泥的氧化鎂含量，而是規(guī)定了水泥中熟料的氧化鎂含量。熟料中氧化鎂的含量應(yīng)不高于熟料質(zhì)量的5.0%，允許含有熟料質(zhì)量6.0%以下的氧化鎂，但前提是使用該熟料制成的水泥壓蒸安定性試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)合格。綜合對(duì)比，中國規(guī)范更加方便檢測(cè)和控制水泥質(zhì)量。

表5　中國通用硅酸鹽水泥的化學(xué)指標(biāo)　%

注：1)如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則水泥中氧化鎂的含量允許放寬至6.0%；2)如果水泥中氧化鎂的含量>6.0%，需進(jìn)行水泥壓蒸安定性試驗(yàn)并合格。

表6　俄羅斯水泥的化學(xué)指標(biāo)　%

注：1)礦渣硅酸鹽水泥中，氯離子的含量可以高于0.1%，但應(yīng)當(dāng)在包裝和質(zhì)量文件中標(biāo)明氯離子的含量；2)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)用水泥的氯離子含量可以規(guī)定更低。

雖然中國和俄羅斯規(guī)范的化學(xué)指標(biāo)大致相同，但是具體要求值卻不同。對(duì)于不溶物含量和燒失量指標(biāo)，俄羅斯規(guī)范要求較寬松，均不大于5.0%。對(duì)于三氧化硫含量指標(biāo)，中俄兩國規(guī)范基本相同。唯一不同的是，對(duì)于42.5Б，52.5H，52.5Б的硅酸鹽水泥、含礦物混合材料的硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合水泥，俄羅斯規(guī)范規(guī)定三氧化硫含量不大于4.0%，中國規(guī)范則規(guī)定不大于3.5%。

混凝土中若含有過量的氯離子容易導(dǎo)致鋼筋銹蝕。水泥是混凝土的主要原材料之一，因此，中俄兩國規(guī)范都規(guī)定了水泥的氯離子含量指標(biāo)。中國規(guī)范對(duì)氯離子含量的限值(不大于0.06%)主要是參考混凝土相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用規(guī)范。俄羅斯規(guī)范規(guī)定氯離子含量不大于0.10%，原因是氯離子含量的限值大有利于水泥生產(chǎn)時(shí)利用廢棄物[8]。

4　環(huán)保性能

俄羅斯規(guī)范規(guī)定水泥中天然放射性核素的放射性比活度Аeff應(yīng)不大于370 Bq·kg-1，中國規(guī)范未規(guī)定該項(xiàng)指標(biāo)，但中國規(guī)范GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》[9]對(duì)建筑材料的天然放射性核素的放射性比活度進(jìn)行了規(guī)定。

5　結(jié)論

1)中俄兩國水泥的組成成分基本相同，主要為硅酸鹽水泥熟料、石膏和混合材料。允許摻入水泥中的混合材料種類也基本相同。但是，中俄兩國對(duì)水泥中混合材料的總摻量和混合材料的質(zhì)量要求不同。

2)中國與俄羅斯規(guī)范均采用水泥的28 d抗壓強(qiáng)度來確定水泥的強(qiáng)度等級(jí)，且對(duì)水泥的早期強(qiáng)度有要求。但是，兩國規(guī)范對(duì)水泥早期強(qiáng)度的表征齡期和要求值不同。中國規(guī)范采用3 d強(qiáng)度表征水泥的早期強(qiáng)度，俄羅斯規(guī)范采用2 d或7 d強(qiáng)度表征水泥的早期強(qiáng)度；中國規(guī)范對(duì)相同強(qiáng)度等級(jí)不同品種水泥的早期強(qiáng)度要求不同，俄羅斯規(guī)范對(duì)相同強(qiáng)度等級(jí)不同品種水泥的早期強(qiáng)度要求則是相同的。

3)中國和俄羅斯水泥規(guī)范對(duì)于化學(xué)指標(biāo)的規(guī)定基本相同，但具體限值不同。中國規(guī)范規(guī)定了水泥的氧化鎂含量，俄羅斯規(guī)范沒有規(guī)定水泥的氧化鎂含量，而是規(guī)定了水泥中熟料的氧化鎂含量。

4)俄羅斯水泥規(guī)范規(guī)定了水泥中天然放射性核素限量，中國水泥規(guī)范未規(guī)定該項(xiàng)指標(biāo)，但中國規(guī)范GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》對(duì)建筑材料的天然放射性核素限量進(jìn)行了規(guī)定。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2]俄羅斯國家建筑與住房公用事業(yè)署.GOST 31108—2003通用水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].莫斯科：俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)信息中心莫斯科印刷分廠，2003.

[3]王旭方，顏小波，劉晨，等.我國水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與歐美標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析[J].水泥，2014(11)：8-12.

[4]顏碧蘭，江麗珍，肖忠明，等.《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)修訂情況綜述[J].中國水泥，2006(9):14-17.

[5]顏碧蘭，王幼云，劉晨.中國VS歐美——各國水泥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析(上)[J].中國水泥，2005(5):22-24.

[6]江麗珍，顏碧蘭，肖忠明，等.GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)條文解釋[J].水泥，2008(4)：1-2.

[7]黃琍，王山.對(duì)GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)條文的詳析[J].水泥，2008(5)：1-2.

[8]顏碧蘭，王幼云，劉晨.中國VS歐美——各國水泥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析(下)[J].中國水泥,2005(6):25-27.

[9]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 6566—2010建筑材料放射性核素限量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.