AlitInform 50

nikita.m.

“ALITinform” is a periodical that covers different aspects in production and applications of cement, concrete, and dry building mixtures. Pages of this journal offer contributions from leading Russian and International scientists, technologists and leading professionals, news from the stock markets, research laboratories, latest elaborations by producers and suppliers of modern building materials and equipment.

The magazine goal is to unite on its pages the articles of the leading Russian and International specialists in the field of cement, concrete, dry building mixtures; latest news of the Russian and world building materials market, the traditions of peer-reviewed Russian scientific magazines and innovative informational approach of the contemporary printed media. The prime focus is on developments serving the purpose of rationalization of production, reduction of energy consumption, enhancement of quality and improvement of environmental safety.
_______________________________________

ALIT

Inform

ISSN 1998–1295

№1 (50) 2018

Международное Аналитическое обозрение: Цемент. Бетон. Сухие Смеси

International Analytical Review: Cement. Concrete. Dry Mixtures


XX МЕЖДУНАРОДНЫЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ФОРУМ

28 ноября — 30 ноября 2018 г. Москва. Экспоцентр

XIX Международная специализированная

выставка «Цемент. Бетон. Сухие смеси»

BlockRead

MixBuild

V Международная конференция

«Индустриальное домостроение:

производство, проектирование,

строительство»

XX Международная научно-техническая

конференция «Современные технологии

сухих смесей в строительстве»

Круглый стол «Развитие производства и

применения специальных видов цемента в

Российской Федерации»


E. L. Bolshakov, Chief Editor,

International Analytical Review

“ALITinform: Cement. Concrete. Dry Mixtures”

Э. Л. Большаков, Главный редактор

Международного аналитического обозрения

«ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси»

DEAR FRIENDS!

You are holding a special, 50th anniversary edition

of the International Analytical review “ALITinform:

Cement. Concrete. Dry mixtures”. Moreover, this year

our journal celebrates its 10th anniversary.

In January 2008, the Analytical Research and

Development center “ALIT” decided to start publishing

scientific journal “ALITinform”, which was supposed to

be published in Russian and English. The main goal was

to inform the specialized industry about modern domestic

and foreign developments.

Over the years, the journal has gained fame and

credibility both in the Russian Federation and abroad.

The journal published more than 300 articles devoted to

research in the field of binders, concrete, dry mixtures,

as well as waterproofing, gypsum, lime, cement concrete

roads, nanotechnology and ecology.

Among the authors of the journal — experts from

countries such as Russia, Germany, Austria, France,

UK, Turkey, USA, Canada, China, India, Egypt, Japan,

Australia and many others.

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Вы держите в руках специальный, юбилейный

50-ый выпуск Международного аналитического обозрения

«ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси». Более

того, в этом году нашему журналу исполнилось

десять лет.

В январе 2008 г. академическим научно-техническим

центром «АЛИТ» было принято решение издавать

отраслевой научно-производственный журнал

“ALITinform”, который предполагалось выпускать на

русском и английском языке. Основная цель — информирование

специализированной отрасли о современных

отечественных и иностранных разработках.

За эти годы журнал приобрел известность и авторитет

как в Российской Федерации, так и за рубежом.

На страницах журнала было опубликовано более 300

статей, посвященных исследованиям в области вяжущих

материалов, бетонов, сухих строительных смесей,

а также гидроизоляции, гипса, извести, цементобетонных

дорог, нанотехнологий и экологии.

Среди авторов журнала — специалисты из таких

стран, как Россия, Германия, Австрия, Франция,

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

3


Directors of scientific and technical centers, heads

of laboratories, presidents of corporations, technical

specialists of the companies, as well as representatives of

the largest national and global unions and associations,

such as International Federation for Structural Concrete

(FIB), Federation of the European Precast Concrete

Industry (BIBM), Arab Union of cement and building

materials (AUCBM), International Energy Agency (IEA),

National Council for cement and building materials of

India, China Cement Association, German Cement Works

Association (VDZ e.V.), Global Cement and Concrete

Association (GCCA) and many others were published

through the years.

Specialists and managers of such companies

as EUROCEMENT group, LafargeHolcim, Sika AG,

Dow Construction Chemicals, Sinoma International

Engineering Co., Erisim Makina, Wacker Chemie Rus,

TechnoNICOL, Polyplast, Mechel-Materials and many

others published their reports and articles.

In addition to scientific and technical materials on

the pages of our analytical review, we published interviews

with the heads of holdings, companies and enterprises,

reviews of the global and Russian markets, experts'

forecasts, statistics of industrial production, articles of

heads of state authorities and the construction industry,

both domestic and foreign.

And we are not going to stop there — we try to

move forward and develop.

Thank you for staying with us, dear readers. We

would like to continue our productive cooperation with

you. We sincerely wish you success in your work as well

as health and prosperity.

Великобритания, Турция, США, Канада, Китай, Индия,

Египет, Япония, Австралия и многих других.

Печатались директора научно-технических центров,

начальники лабораторий, президенты корпораций,

технические специалисты компаний, а также представители

крупнейших национальных и мировых союзов,

ассоциаций и объединений, таких как Международная

федерация по железобетону (FIB), Европейская ассоциация

по железобетонной промышленности (BIBM),

Арабский союз цемента и строительных материалов

(AUCBM), Международное энергетическое агентство

(IEA), Национальный совет по цементам и строительным

материалам Индии, Ассоциация производителей

цемента Китая, Ассоциация немецких цементных заводов

(VDZ e.V.), Всемирная ассоциация производителей

цемента и бетона (GCCA) и многие другие.

Свои доклады и статьи публиковали специалисты

и руководители таких компаний, как «Евроцемент

груп», “LafargeHolcim”, “Sika AG”, “Dow construction

chemicals”, “Sinoma International Engineering Co.”, “Erisim

Makina”, «Вакер Хеми Рус», «ТехноНИКОЛЬ», «Полипласт»,

«Мечел-Материалы» и многие другие.

Кроме научно-технических материалов на страницах

нашего аналитического обозрения публиковались

интервью с руководителями холдингов, компаний

и предприятий, обзоры мирового и российского

рынков, прогнозы экспертов, статистика производства

промышленной продукции, статьи руководителей органов

государственной власти и строительной отрасли,

как отечественных, так и зарубежных.

И мы не собираемся останавливаться на достигнутом,

а стараемся двигаться вперед и развиваться.

Спасибо, что остаетесь с нами, дорогие читатели.

Нам и дальше хотелось бы продолжать плодотворное

сотрудничество с вами. От души желаем вам успехов

и результатов в работе, здоровья и процветания.

Dear “ALITinform” Team,

Congratulation for the 50th

anniversary of “ALITinform”. The journal

provides sound and interesting information

for practitioners and researchers working

with cement based materials.

Уважаемый

«АлитИнформ»,

коллектив

Поздравляю с 50-м выпуском журнала

«АлитИнформ». Журнал предоставляет

полезную и интересную информацию

для практиков и исследователей, работающих

с цементными материалами.

Karl-Christian Thienel, Univ.-Prof. Dr.-Ing. //

Карл-Кристиан Тинель,

доктор технических наук

4 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


Magic of the round numbers is

undoubtedly specific for mass consciousness.

This manifests in our attitude towards life.

However, a number is just a milestone, how

do we evaluate — is it a good one or just an

ordinary one?

50 years of productive scientific work

— any researcher would consider it as an

outstanding result. 50 years of life — is just

the perfect time for a person to flourish. Then

how do we evaluate “50th issue of the journal”?

Perhaps as a transition from carefree

youth to adulthood! While congratulating the

editorial team on this significant milestone,

it is impossible not to note the obvious

achievements of the journal.

Anatoliy Vovk, Dr. Eng. Sc. //

Анатолий Вовк,

доктор технических наук

Для массового сознания, бесспорно,

характерна магия круглых цифр. Это проявляется

и в нашем отношении к жизни.

Но цифра — это просто веха, а как оценить:

хороша она или рядовая?!

Пятьдесят лет плодотворной научной

работы — любой научный сотрудник

будет рассматривать как выдающийся результат.

Пятьдесят прожитых лет — по

нынешним временам пора расцвета для

все еще развивающейся личности. Как же

оценить рубеж «50-й выпуск журнала»?

Пожалуй, как переход от беззаботной

юности к зрелому возрасту! Поздравляя

коллектив с этим значимым рубежом, нельзя

не отметить явные достижения журнала.

“ALITinform” journal already has “a name” (as

in “reputation”) and collaborates with world-leading

experts. Together with “ALIT” group of companies, the

journal conducts dynamic and purposeful educational

work. Annual scientific conferences on topical issues of

dry construction mixtures and concrete technology allow

getting together researchers and production specialists in

one room. It helps to bring new ideas and plans for the

former and to formulate urgent problems for the latter.

I would like to wish the staff of the journal to

preserve the enthusiasm and assertiveness of youth and

become a worthy competitor to the older foreign scientific

journals on the topic of construction.

У журнала «АлитИнформ» уже «есть имя»

(определенная репутация), с ним сотрудничают эксперты

с мировым именем. Вместе с компанией «Алит»

журнал проводит энергичную и целенаправленную

просветительскую работу. Ежегодные научные конференции

по злободневным проблемам сухих строительных

смесей и технологии бетонов позволяют

свести в одном зале научных работников и практиков

производства, донести до первых новые идеи и

разработки, а для вторых — сформулировать насущные

проблемы реального производства.

Хочу пожелать коллективу журнала сохранить

задор и напористость молодости и стать достойным

конкурентом более возрастным иностранным научным

журналам по строительной тематике.

Dear “ALITinform” Team,

It is my greatest pleasure and honor

to congratulate you on occasion of the 50th

edition of your respected journal. “ALITinform”

perfectly builds the bridge between academia

and the industry as well as applicators of

building materials. This technology transfer

is highly important and your journal

is contributing a lot to this successful

dissemination of know-how.

For this reason, your journal is highly

valuable and provides a lot of inspiration to the

community of building materials experts. As

a previous author I wish your journal the best

of success in the future and look forward to

reading many more issues in the years to come.

Dr. Johann Plank //

Йоханн Планк, доктор

технических наук

Уважаемый коллектив

«АлитИнформ»,

Для меня большая честь и удовольствие

поздравить вас с 50-м изданием

вашего уважаемого журнала. Журнал

«АлитИнформ» налаживает связи между

научным сообществом, промышленностью

и профессиональными строителями.

Такой обмен технологиями очень

важен, и журнал вносит большой вклад

в успешное распространение ноу-хау.

Именно по этой причине ваш

журнал очень ценен и служит источником

вдохновения сообществу экспертов

в области строительных материалов.

Как автор, я желаю вашему журналу

успехов в будущем и надеюсь увидеть

еще много выпусков.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

5


СУХИЕ СМЕСИ

для профессионалов

Сухие смеси марки АЛИТ

успешно использовались при строительстве:

Фонтаны на площади Ленина. СПб 3-е транспортное кольцо. Москва Русский мост. Владивосток

Иркутская ГЭС Мост через Кольский залив. Мурманск Кольцевая автодорога. СПб

ЗСД. Санкт-Петербург Большой Обуховский мост. СПб Петербургский метрополитен

Московская кольцевая дорога Первый железобетонный мост. СПб Ушаковская развязка. СПб

заказ смесей

e-mail

тел.:

www.alitmix.ru

info@alitmix.ru

+7 812 337 29 92

WWW.ALITMIX.RU


content | содержание

CEMENT

Bushikhin, V. V

CEMENT INDUSTRY IN A CONTEXT

OF THE CHANGEOVER TO THE BEST

AVAILABLE TECHNIQUES PRINCIPLES

ЦЕМЕНТ

Бушихин В. В.

ЦЕМЕНТНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА НА ПРИНЦИПЫ

НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

8

CONCRETE

Thienel, K.-Chr.

STRUCTURAL LIGHTWEIGHT CONCRETE

FOR EXTERNAL WALLS — A CHALLENGE

BETWEEN THE POLES OF IMPROVED THERMAL

INSULATION AND FAIR FACED CONCRETE

Plank, J.

CURRENT STATUS AND FUTURE TRENDS

IN CONCRETE ADMIXTURE TECHNOLOGY (PART I)

БЕТОН

Тинель К.-Кр.

КОНСТРУКЦИОННЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН ДЛЯ НАРУЖНЫХ

СТЕН. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ И ДЕКОРАТИВНЫЙ

БЕТОН: СОСТЯЗАНИЕ ДВУХ КРАЙНОСТЕЙ

Планк Й.

СОВРЕМЕННЫЕ И БУДУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

ТЕХНОЛОГИИ ДОБАВОК К БЕТОНУ (ЧАСТЬ I)

18

30

Vovk, A. I.

INFLUENCE OF CHEMISTRY OF PLASTICIZERS

ON CEMENT ECONOMY IN READY-MIX CONCRETE

Вовк А. И.

ВЛИЯНИЕ ХИМИИ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК 40

НА ЭКОНОМИЮ ЦЕМЕНТА В ТОВАРНОМ БЕТОНЕ

DRY MIXTURES

СУХИЕ СМЕСИ

Fernández-Ibarburu, A.

MINERAL BASED RHEOLOGICAL ADDITIVES

FOR AN EFFICIENT SAG/SLIP CONTROL AND

WORKABILITY IMPROVEMENT IN MORTARS

Фернандез-Ибарбуру А.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ФИКСИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ

К ОБРАЗОВАНИЮ ПОТЕКОВ И УЛУЧШЕНИЯ

УДОБОУКЛАДЫВАЕМОСТИ РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ

48

WATERPROOFING

ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ

X INTERNATIONAL EXHIBITION AND CONFERENCE

“WATERPROOFING OF UNDERGROUND AND

EMBEDDED STRUCTURES — AQUASTOP”

X МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА И КОНФЕРЕНЦИЯ

«ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ И

ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ — AQUASTOP»

56

Chubinishvili, A. T., Tsybenko, A. V., Ilyin, D. A.

THE STUDIES OF RESISTANCE OF WATERPROOFING

MEMBRANES TO THE IMPACT OF HYDROSTATIC

PRESSURE ON ROUGH SURFACE

Чубинишвили А. Т., Цыбенко А. В., Ильин Д. А.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ

ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МЕМБРАН

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ

НА НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОСНОВАНИЯ

68

MARKET

РЫНОК

Zyuzya, S. Yu., Ibragimov, S. A., Yalymov A. I.

TECHNOLOGY LOCALIZATION AND EMPLOYMENT

OF LOCAL RAW MATERIALS BY SIKA:

SUCCESSES, PROBLEMS, PERSPECTIVES

Зюзя С. Ю., Ибрагимов С. А., Ялымов А. И.

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ОТЕЧЕСТВЕННОГО СЫРЬЯ КОМПАНИЕЙ SIKA:

УСПЕХИ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ

76

Publisher: ALITinform Ltd. Address/For post: Instrumentalnaya street, building 3B, office room 218, St. Petersburg, Russia

Tel./fax: +7 (812) 325-09-91. Office in Moscow: tel./fax: +7 (495) 580-54-36

Editor-in-chief: Bolshakov, E. L.; project manager: Bolshakova, N. A.; science editor: Gunner, T. V.; editor: Mescheryakov, N. M.; design and layout: Rozanov, D. V.; literary editor: Kizilo, V. S.; proof reader: Fateeva, V. R.

The opinions, statements and advertising published in “ALITinform” are those of the authors only and are not necessarily those of the editorial staff. No confirmations or endorsements are intended or

implied. After reprinting the references are obligatory. Printing: Ad Agency “Chisty List”. Print run: June 25, 2018. Circulation 6000 copies. Web: www.alitinform.ru; e-mail: info@alitinform.ru

Издатель: ООО «АЛИТинформ». Адрес/Почтовый адрес: 197022, Россия, Санкт-Петербург, ул. Инструментальная, 3, лит. Б, офис 218.

Тел./факс: +7 (812) 325-09-91. Офис в Москве: тел./факс: +7 (495) 580-54-36

Главный редактор: Большаков Э. Л.; руководитель проекта: Большакова Н. А.; научный редактор: Гюннер Т. В.; редактор: Мещеряков Н. М.; дизайн и верстка: Розанов Д. В.; литературный редактор:

Кизило В. С.; корректор: Фатеева В. Р.

Редакция журнала «ALITinform» не несет ответственности за содержание рекламных объявлений и достоверность информации в опубликованных статьях, которая целиком возлагается на их

авторов. Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов. При перепечатке ссылки на издание обязательны. РА «Чистый лист». Подписано в печать 25 июня 2018 г.

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия. Свидетельство ПН № ФС77-31038 от 24 января 2008 г.

Тираж 6000 экз. Web: www.alitinform.ru; e-mail: info@alitinform.ru

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

7


cement | цемент

UDC // 666.94

Bushikhin, V. V., expert

CEMENT INDUSTRY IN A CONTEXT

OF THE CHANGEOVER TO THE BEST

AVAILABLE TECHNIQUES PRINCIPLES

Бушихин В. В., эксперт

ЦЕМЕНТНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА НА ПРИНЦИПЫ

НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Abstract

Practical prohibition of burial of useful waste

fractions, including fractions of municipal solid waste

(MSW), as well as implementation of provisions of

the nature protection reform which has resulted into

changeover to the best available techniques (BAT)

principles, are the tool for changing the situation

arisen in the area of waste handling. Analysis of

legal framework and experience of working with the

wastes, both at the federal and the regional levels,

allows considering the disposal of alternate types

of raw materials and fuel to be the priority area in

cement manufacture, as the cement manufacture

is the most developed and prepared for this. Only

refuse derived fuel (RDF) consumption potential at

the Russian cement factories may amount to 6–15

Mt per year which amounts to 25 % of the overall

volume of these wastes.

Key words: municipal solid waste (MSW),

best available techniques (BAT), technological

normalization, alternate fuel, cement factories

The use of alternate fuel (AF) of different

origin (RDF, railway sleepers, oil sludge, industrial

wood residue, worn-out tires, etc.) in the process of

cement manufacture during the last 10 years made

the way from utter rejection to understanding that

the cement industry is technically and technologically

prepared and has the experience in organizing the

usage of AF of different origin in compliance with

requirements of the environmental legislation and

without product degeneration. It has been a plod full

of trial and error considering the absence of legal

and regulatory framework [1, 2, 3] connected with:

— The necessity to organize the system of

acceptance, storage and supply of ultra-large volumes

of AF at the cement factory.

— The necessity to provide for consistent

qualitative and sustainable AF supplies [4, 5].

Аннотация

Фактический запрет на захоронение полезных

фракций отходов, в том числе твердых коммунальных

отходов (ТКО), а также реализация положений реформы

природоохранной деятельности, выразившаяся в переходе

на принципы наилучших доступных технологий

(НДТ), являются рычагом для изменения сложившейся

ситуации в области обращения с отходами. Анализ законодательной

базы и опыта по работе с отходами как на

федеральном, так и на региональном уровнях позволяет

считать приоритетным направлением действий утилизацию

альтернативных видов сырья и топлива при производстве

цемента. Только потенциал потребления альтернативного

топлива из твердых коммунальных отходов

на цементных заводах России может составить 6–15 млн

т в год, что составляет 25 % всего объема этих отходов.

Ключевые слова: твердые коммунальные отходы

(ТКО), наилучшие доступные технологии (НДТ), технологическое

нормирование, альтернативное топливо,

цементные заводы

Использование альтернативного топлива (АТ)

различной природы (RDF, шпалы, нефтешламы, отходы

деревообработки, изношенные покрышки и др.) при производстве

цемента за последние десять лет прошло путь

от полного неприятия до понимания того, что цементная

промышленность готова технически и технологически

к работе с соблюдением норм экологического законодательства

и без ухудшения качества продукции. Это был

трудный путь при отсутствии законодательной и нормативной

базы [1, 2, 3], на котором были необходимы:

— организация системы приемки, хранения и

подачи крупнотоннажных объемов АТ на цементном

заводе;

— обеспечение стабильных по качеству и равномерных

поставок АТ [4, 5];

— экономическая незаинтересованность как поставщиков

АТ, так и потребителей.

8 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


cement | цемент

— Essential point was the economical

disinterest of both AF suppliers and consumers.

Real experience, standards, regulatory

documents have been developed during these years

and the concerned parties’ attitude to implementation

of these projects has also changed. The experience

in undergoing and receiving positive findings of the

environmental appraisal of AF application technology

in the cement manufacture also helps.

It gains ground in connection with the

implementation of provisions of the nature protection

reform.

The state pushes for the changeover to the new

environmental protection principles. The cement

industry does not stand back.

At present, the proposed way, in the author’s

opinion, is the best possible for the cement factories

and for the new waste handling branch, municipal

solid waste, in particular.

The cement industry is poised to use a quarter

of all the household wastes (15 Mt per year), and

taking into account acceptance of the strategy to

build over 200 waste recycling plants in all regions

of the Russian Federation, it is economically feasible.

General provisions of the changing

environmental legislation concerning the cement

manufacture directly are represented below.

The radical reform of the environmental

legislation started in 2014 with amending of the

federal laws “On Protection of Environment”, “On

Production and Consumption Waste Handling”

and other legal acts, with the publication of the RF

Government Resolution “Concerning Approval of

Set of Measures Aimed to Refuse to Use Outdated

and Inefficient Technologies, Changeover to Best

Available Techniques (BAT) Principles and Adoption

of Modern Innovative Technologies” is nearing

completion this year. BAT is the method of making

advances in production technologies in furtherance

of environmental protection in a context of technical

and economical realities of their implementation. The

introduced norms have prescribed the procedure and

stages of the state’s changeover to the new system

of ecological control, supervision and regulation,

principles of technological normalization. Regulatory

environment of the changeover to these principles

should finally be formed in 2018 in order to preserve

and restore natural environment, use the resources

rationally, prevent adverse effect of business and

other activities on the environment. The latest BAT

Reference documents (BREFs) were approved in

December of the year 2017, their development was

set forth in the establishment milestone schedule in

2015–2017. The reference book “Cement Production”

was approved as far back as in 2015.

За эти годы появился реальный опыт, стандарты,

нормативные документы и изменилось отношение заинтересованных

сторон к реализации данных проектов.

Положительная экологическая экспертиза технологии

использования АТ при производстве цемента способствует

ее продвижению.

Особую актуальность использование АТ приобретает

с реализацией положений реформы природоохранной

деятельности и переходом на новые принципы

охраны окружающей среды.

Предлагаемый путь в настоящий момент является

оптимальным для цементных заводов и новой отрасли

обращения отходов, в частности твердых коммунальных

отходов.

Цементная промышленность в состоянии использовать

четверть всех коммунальных отходов (15

млн т в год), а с учетом принятия стратегии на строительство

более 200 мусороперерабатывающих заводов

во всех регионах РФ это становится еще и экономически

целесообразным. Радикальная реформа природоохранного

законодательства, начатая в 2014 г. с внесения

изменений в Федеральные законы «Об охране окружающей

среды», «Об обращении отходов производства и

потребления», другие законодательные акты и выхода

Распоряжения Правительства РФ «Об утверждении

комплекса мер, направленных на отказ от использования

устаревших и неэффективных технологий, переход

на принципы наилучших доступных технологий (НДТ)

и внедрение современных технологий» в 2018 г. подходит

к своему завершению. НДТ являются комплексом

методов совершенствования технологии производства

продукции для достижения целей охраны окружающей

среды при условии технических и экономических возможностей

их реализации. Введенные нормы определили

порядок и этапы перехода страны к новой системе экологического

контроля, надзора и нормирования, принципы

технологического нормирования. К концу 2018 г.

должно окончательно сформироваться законодательное

обеспечение перехода на эти принципы с целью сохранения

и восстановления природной среды, рационального

использования ресурсов, предотвращения негативного

воздействия хозяйственной и иной деятельности на

окружающую среду. В декабре 2017 г. были утверждены

информационно-технические справочники по наилучшим

доступным технологиям (ИТС НДТ). Справочник

«Производство цемента» был утвержден еще в 2015 г.

Указанные в справочниках НДТ являются базисом

перехода на принципы технологического нормирования

для снижения воздействия промышленных предприятий

на окружающую среду.

С июня 2018 г. информация о справочниках НДТ

и методических рекомендациях по их применению, содержащая

краткое описание, области применения, технические

параметры, сведения о промышленных площадках,

на которых применяются НДТ, классе опасности

производства размещена в государственной информационной

системе промышленности в открытом доступе.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

9


cement | цемент

The BATs mentioned in the reference books

are the foundation for the changeover to principles of

technological normalization aimed to reduce impact

of the production enterprises on the environment.

Since June 2018, the information on BREFs

and recommended practices of their application

containing brief description, application fields,

information on industrial sites where BATs are

applied, production hazard class should be publicly

available in the state industrial informational system.

50 BREFs in all are approved, 41 among them

are for individual industries (vertical) and 9 are

interindustry (horizontal) reference books. Provisions

of the “vertical” BREFs prevail over “horizontal” ones,

although it is not enshrined in the regulatory legal

acts at present, but it is mentioned directly in the

texts of BREFs.

For the purpose of improvement of the

normalization system in the sphere of environmental

protection and BAT introduction, the standards of

series 56828 BAT for alternation procedures and

BREFs application have come into force.

The most valuable for the purpose of BAT

introduction:

1. GOST R 56828.6-2015. “BAT. Recommended

practices for application procedure of BAT reference

book in assessment (appraisal, competitive selection)

of enterprises modernization projects aimed to

accomplish the requirements of the best available

techniques (BAT introduction)”. In particular, GOST

contains: “Modernization project involves alternation

of the system environment of the principal process.

The project supposing alternation of the principal

process involves development of the new technology,

but not modernization”.

2. GOST R 56828.5-2015. “BAT. Recommended

practices for application procedure of BAT reference

book in assessment of the projected enterprises'

impact on the environment”. The standard determines

that the impact assessment materials is the set of

documents prepared during the assessment of the

impact of the upcoming activity on the environment

and is a part of documentation submitted for

environmental appraisal. There are also direct

recommendations to use data contained in the BREFs

during the state expert examination of the design

documentation.

BREFs must be updated at least once every ten

years on the basis of BREF updating plan or on the

basis of Government instruction on updating of the

relevant reference book. It is now obvious that many

BREFs, “Cement Production”, in particular, must be

updated, but there is still no plan or Government

instruction on BREFs updating.

Всего утверждено 50 справочников НДТ, из них

41 по отдельным отраслям (вертикальных) и девять межотраслевых

(горизонтальных) справочников. Положения

«вертикальных» справочников НДТ имеют приоритет

над «горизонтальными», что на данный момент хотя и

не закреплено в нормативно-правовых актах, но указано

непосредственно в текстах самих ИТС НДТ.

С целью совершенствования системы нормирования

в области охраны окружающей среды и внедрения

НДТ вступили в силу стандарты серии 56828 НДТ по

порядку изменений и применения справочников НДТ.

Наиболее значимые для целей внедрения НДТ:

1. ГОСТ Р 56828.6-2015 НДТ. «Методические рекомендации

по порядку применения информационнотехнического

справочника по НДТ при оценке (экспертизе,

конкурсном отборе) проектов модернизации

предприятий, направленных на достижение требований

наилучших доступных технологий (внедрение НДТ)».

В ГОСТе, в частности, указывается: «Проект модернизации

заключается в изменении системного окружения

основного технологического процесса. Проект, предполагающий

изменение основного технологического процесса,

подразумевает создание новой технологии, а не

модернизации».

2. ГОСТ Р 56828.5-2015 НДТ. «Методические

рекомендации по порядку применения информационно-технического

справочника по НДТ при оценке

воздействия проектируемых предприятий на окружающую

среду». Стандартом определено, что материалы

по оценке воздействия — это комплект документации,

подготовленный при проведении оценки воздействия

намечаемой деятельности на окружающую среду и являющийся

частью документации, представляемой на

экологическую экспертизу. Здесь представлены прямые

рекомендации использовать данные справочники

по НДТ при проведении государственной экспертизы

проектной документации.

Актуализация справочников должна производиться

не реже чем один раз в десять лет на основании

плана актуализации справочников или поручения правительства

об актуализации соответствующего справочника.

Уже сейчас очевидно, что многие справочники

НДТ, «Производство цемента» в частности, должны

быть актуализированы, но плана или поручения правительства

об актуализации справочников нет до настоящего

времени.

С 1 января 2019 г. юридические лица и индивидуальные

предприниматели, осуществляющие хозяйственную

и (или) иную деятельность на объектах I категории,

обязаны разработать технологические нормативы, которые

устанавливаются комплексным экологическим

разрешением (КЭР) на основе технологических показателей,

не превышающих технологические показатели НДТ.

I категория — объекты, оказывающие значительное

негативное воздействие на окружающую среду

(НВОС) и относящиеся к областям применения

НДТ. К объектам I категории относятся, в частности,

10 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


cement | цемент

Starting from January 01, 2019, legal entities

and individual entrepreneurs engaged in business and

(or) other activities on the category I objects must

develop technological norms established by the complex

ecological permits (CEP) on the basis of process

parameters not exceeding BAT process parameters.

Category I — objects that make significant

negative environmental impact (NEI) and fall into

the fields of BAT application. In particular, category I

objects include enterprises producing cement clinker in

rotating kilns or in other kilns (with project capacity of

500 tons per day or higher).

CEP — a document that contains environmental

requirements and norms established by the authorized

body for control over legal entities and individual

entrepreneurs which operate objects of category I of

environmental impact or category II (optional) upon

the BREFs availability.

CEP will unify and replace previously divided

procedures of ecological agreement of maximum

allowable emissions/discharges, programs of industrial

ecology control, waste limits, a set of environment

protection measures and others.

To obtain CEP, Federal Service for Supervision

of Natural Resource Usage bodies should submit the

following data:

— Name of the legal entity or an individual

person, numbers of the state registration documents,

full address, full name of the chief executive, individual

entrepreneur and of the person responsible for the

ecology.

— The code of the negative impact object which has

been assigned in the framework of the state recording

program.

— Detailed description of the enterprise’s field

of activities, scope and factory load.

— Reliable information on the amount of

natural resources and raw materials of artificial origin

which is necessary for the continuous operation of the

enterprise.

— Enterprise process regulations.

— Norms of allowable emissions/discharges

of the high-toxic substances, as well as of the wastes

having cancer-causing and mutagenic properties.

— Agreed norms of allowable level of physical

effect on the environment — noise, vibration,

electromagnetic rays, etc.

— Limits on the disposal of industrial and

consumer waste and their detailed rationale.

предприятия, выпускающие цементный клинкер во вращающихся

или других печах (с проектной мощностью

500 т в сутки и более).

КЭР — документ, содержащий природоохранные

требования и нормативы, установленные уполномоченным

органом для контроля юридических лиц и индивидуальных

предпринимателей, эксплуатирующих объекты

I категории воздействия на окружающую среду или

II категории (по желанию) при наличии справочников

наилучших доступных технологий.

КЭР унифицирует и заменит ранее разделенные

процедуры экологического согласования предельно допустимых

выбросов/сбросов, программы производственного

экологического контроля, лимитов на отходы, перечень

мероприятий по охране окружающей среды и др.

Для получения КЭР органам Росприроднадзора

необходимо предоставить следующие данные:

— наименование юридического или физического

лица, номера государственных регистрационных документов,

полный адрес, ФИО руководителя, ИП и ответственного

за экологию лица;

— код объекта негативного воздействия, присвоенный

предприятию в рамках программы государственного

учета;

— подробное описание сферы деятельности предприятия,

масштаб и объем выпускаемой продукции;

— достоверные данные относительно количества

природных ресурсов и сырья искусственного происхождения,

необходимых для обеспечения бесперебойной

работы предприятия;

— технологический регламент предприятия;

— нормативы допустимых выбросов/сбросов высокотоксичных

веществ, а также отходов, обладающих

канцерогенными, мутагенными свойствами;

— согласованные нормативы по допустимому

уровню физических воздействий на окружающую среду

— шум, вибрации, электромагнитные излучения и т. д.;

— лимиты на размещение отходов производства

и потребления и их подробное обоснование;

— грамотно разработанная и утвержденная программа

экологического контроля;

— подробное описание всех аварийных ситуаций

и форс-мажоров, произошедших на предприятии за последние

семь лет;

— программа повышения экологической эффективности

предприятия;

— положительное заключение государственной

экологической экспертизы, если таковая проводилась в

рамках подготовки и сбора документов.

С 1 января 2019 г. проектная документация входит

в перечень объектов государственной экологической

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

11


cement | цемент

— Appropriately developed and approved

ecological control program.

— Detailed description of all the emergencies and

force majeure that took place during the last 7 years.

— Program of the environmental progress of

the enterprise.

— Positive findings of the state environmental

appraisal, if it took place in the framework of

preparation and collection of the documents.

Since January 01, 2019, project documentation

falls into the list of objects of the state environmental

appraisal for the following categories of natural

resource users:

1) business units that in 2018 are implementing

project documentation of the capital construction

objects falling into the category I, under condition

that the implementation will not have been finished

in 2018, i.e. will be continued in 2019;

2) business units which have developed project

documentation of the capital construction objects

falling into the category I, under condition that:

• the implementation of the project

documentation will start in 2018 and will be

continued in 2019;

• the implementation of the project

documentation will start in 2019;

3) business units which are planning

development and implementation of the project

documentation of the capital construction objects

falling into the category I after January 01, 2019.

The main reason for rejection of giving CEP is the

submission to the governmental authorities of incomplete

or unreliable information on enterprise activity.

The objects of category I, II and III must

develop the program of industrial ecology control

(IEC) since January 01, 2017, moreover since January

2019 as a part of CEP that contains an index of total

weight of emissions separately for every pollutant,

every source and for the object as a whole, as well as

indication of pollutants characterizing technologies

applied and specific features of the production process

on the object (hereinafter — marker substances),

yet today. Requirements to the contents of the

IEC program, procedures and time for submission

of the report on organization and results of IEC

implementation came into force on April 15, 2018.

BAT reference book “General Principles of Industrial

Environmental Control and Its Metrological Provision”

addressed to the enterprises carrying out all types of

activities and whose objects fall into category I is the

guidance interindustry document.

экспертизы для следующих категорий природопользователей:

1) хозяйствующие субъекты, реализующие в 2018

г. проектную документацию объектов капитального

строительства, относящихся к объектам I категории

при условии, что реализация проектной документации

не завершится в 2018 г., т.е. будет продолжена в 2019 г.;

2) хозяйствующие субъекты, разработавшие проектную

документацию объектов капитального строительства,

относящихся к объектам I категории, при условии,

что реализация проектной документации начнется в:

• 2018 г. и будет продолжена в 2019 г.;

• 2019;

3) хозяйствующие субъекты, планирующие разработку

и реализацию проектной документации объектов

капитального строительства, относящихся к объектам I

категории, после 1 января 2019 г.

Главное основание для отказа в выдаче КЭР —

предоставление неполных или недостоверных данных

относительно деятельности предприятия органам государственной

власти.

Объекты I, II и III категорий обязаны разрабатывать

программу производственного экологического

контроля с 01 января 2017 г., тем более с января 2019,

как часть КЭР, содержащую показатель суммарной массы

выбросов отдельно по каждому загрязняющему веществу,

по каждому источнику и по объекту в целом, в том числе

с указанием загрязняющих веществ, характеризующих

применяемые технологии и особенности производственного

процесса на объекте (далее — маркерные вещества)

уже сейчас. Требования к содержанию программы ПЭК,

порядку и срокам представления отчета об организации

и о результатах осуществления ПЭК вступили в силу с

15 апреля 2018 г. Межотраслевым документом методического

характера является информационно-технический

справочник НДТ «Общие принципы производственного

экологического контроля и его метрологического

обеспечения», адресованный предприятиям всех видов

деятельности, объекты которых отнесены к I категории.

Отчет ПЭК ежегодно составляется в бумажном

или электронном виде и сдается до 25 марта года, следующего

за отчетным: т.е. 25 марта 2019 г. всем предприятиям

I, II и III категорий необходимо сдать данный отчет.

При невозможности соблюдения нормативов

допустимых выбросов, сбросов будут устанавливаться

временно разрешенные выбросы, сбросы, но только

при наличии плана мероприятий по охране окружающей

среды или программы повышения экологической

эффективности. Временные нормативы будут устанавливаться

на основе фактических показателей в разрешении

на временные выбросы, сбросы или в КЭР.

Выданные до 1 января 2019 г. разрешения на

выброс ЗВ в атмосферу, разрешения на сброс ЗВ в ОС,

12 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


cement | цемент

IEC report is drawn up in hard or soft copy and

is submitted prior to March 25 of the year following

the reporting one: i.e. on March 25, 2019, all the

enterprises of category I, II and III will have to have

submitted this report.

If it is impossible to meet the norms of

allowable emissions, discharges, then temporary

allowable emissions, discharges will be set, but only

if there will be an environmental protective measures

plan or an environmental progress plan. Temporary

norms will be set on the basis of the actual indicators

in the permission for temporary emissions, discharges

or in CEP.

Permissions for emission of the pollutants

into the atmosphere, permissions for discharge of

the pollutants in the environment, norms of waste

generation and limits of their disposal issued prior

to January 01, 2019 will be valid until the date of

obtaining complex ecological permits.

In the meantime, since 2019 the following list

of norms of pollutant emission and physical effect

is established:

— maximum allowable emissions;

— maximum allowable norms of adverse

physical effects on the common air;

— technological norms of emissions;

— technical norms of emissions.

Allowable emissions/discharges norms will be

calculated in relation to substances mentioned in the

List of pollutants [7]. Such calculation will also be

a part of CEP.

Since 2019, the federal law “On Production

and Consumption Waste Handling” will come into

effect: norms of waste production and limits for

their disposal will be elaborated by the legal entities

or individual entrepreneurs which carry out their

activity on the category I objects (as a part of CEP).

Since 2019, it will be forbidden to give

permission for commissioning of the capital

construction object if this object, as being a NEI

object, falls into the BAT application fields and if

BATs will not be implemented in it.

In addition to amendments to environmental

laws, amendments to the Code of Administrative

Offences of the Russian Federation will come into

effect. The Article 8.47 will be included in the Code:

Carrying out business and (or) other activity on

the objects having negative environmental impact without

CEP, if obtaining of such a permission is obligatory —

shall entail the imposition of an administrative fine on

officials in the amount of four thousand to ten thousand

нормативы образования отходов и лимиты на их размещение

будут действовать до дня получения комплексного

экологического разрешения. Одновременно с 2019 г.

устанавливается следующий перечень нормативов выбросов

вредных веществ и физических воздействий:

— предельно допустимые выбросы;

— предельно допустимые нормативы вредных физических

воздействий на атмосферный воздух;

— технологические нормативы выбросов;

— технические нормативы выбросов.

Расчеты нормативов допустимых выбросов/сбросов

будут проводиться относительно веществ, указанных

в Перечне загрязняющих веществ [7]. Такой расчет

также будет входить в состав КЭР.

С 2019 г. вступает в силу норма ФЗ «Об отходах

производства и потребления»: нормативы образования

отходов и лимиты на их размещение разрабатываются

юридическими лицами или индивидуальными предпринимателями,

осуществляющими хозяйственную деятельность

на объектах I категории (в составе КЭР).

С 2019 г. нельзя выдавать разрешение на ввод

объекта капитального строительства, если он как объект

НВОС относится к областям применения НДТ и если

НДТ в нем реализованы не будут.

Помимо изменений в экологических законах,

вступят в силу изменения в Кодексе об административных

правонарушениях РФ. В КоАП РФ вводится

статья 8.47:

Осуществление хозяйственной и (или) иной деятельности

на объектах, оказывающих негативное воздействие

на окружающую среду, без КЭР, если получение

такого разрешения является обязательным, — влечет

наложение административного штрафа на должностных

лиц в размере от 4000 до 10 000 рублей; на юридических

лиц — от 50 000 до 100 000 рублей. Кроме того,

Минприроды предложило повысить ставки платы за

НВОС. Соответствующий проект правительственного

постановления опубликован на Едином портале для

размещения проектов НПА.

С целью стимулирования внедрения НДТ на объектах,

относящихся к областям применения НДТ, государство

предлагает:

— неприменение коэффициента 100 ставки платы

за НВОС после внедрения НДТ на объекте, оказывающем

НВОС;

— из суммы платы за НВОС вычитать затраты на

реализацию мероприятий по снижению НВОС, фактически

произведенные лицами, обязанными вносить плату,

в пределах исчисленной платы за негативное воздействие

на окружающую среду;

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

13


WWW.WHITE-NIGHTS.INFO

29 – 31 мая 2019

«Гранд Отель Европа»

Санкт-Петербург, Россия

МЕЖДУНАРОДНАЯ

БИЗНЕС-КОНФЕРЕНЦИЯ

ПО ЦЕМЕНТУ

В С Т Р Е Ч А , К О Т О Р У Ю Н Е Л Ь З Я П Р О П У С Т И Т Ь !


cement | цемент

rubles; on legal entities in the amount of fifty thousand

to one hundred thousand rubles. Ministry of Natural

Resources and Environment of the Russian Federation

has also suggested raising the rates of NEI charges. The

relevant draft of the Government Resolution has been

published on the Unified web portal for placing of

regulatory legal acts drafts.

In order to foster the use of BAT on the objects

falling into the BAT application fields, the Government

suggests:

— not to apply 100-coefficient for NEI rate

charge after introduction of BAT on the object having

negative environmental impact;

— to reduce NEI charge by the expenses for

NEI reduction measures actually made by the persons

who are obliged to make payments, to the extent of

calculated payment for the negative environmental

impact;

— companies when calculating profit tax will

be allowed to depreciate with coefficient 2 the fixed

assets belonging to the core-process equipment used

in case of BAT application.

Up to the date of writing of the present article

(August a.c.), administrative enactments determining

procedures of CEP issuance and withdrawal,

instructions for development of technological norms

have not been carried by the Federal Service for

Supervision of Natural Resource Usage, the Ministry

of Industry and Trade has not approved technical

requirements to automatic instruments for measuring

and metering of emission volume or load, ambient

concentrations of pollutants in the emissions, as well

as to appliances for transmission of such information.

Taking into account the above mentioned, it is

necessary to point out that domestic market supply

of such automatic systems is quite low.

The same sort of situation is with the equipment

of domestic production required when introducing

BAT at the enterprises of different areas. Thus, the

system of polluting emissions/discharges control is

developed in relation to payments and fines, but BAT

introduction on the category I objects starting from

January 01, 2019 is left to perform at their own expense,

which is expensive and does not seem to be easy.

Stimulation of this issue is obviously insufficient for

the enterprises.

For example, introduction of BAT concerning

the use of alternate fuel aimed to replace some volume

of principal process fuel at the cement factory may

amount up to 5 million euro.

Conclusions and suggestions

The mentioned general provisions of the

changing environmental legislation represent what

— организации при расчете налога на прибыль

смогут амортизировать с применением коэффициента

2 основные средства, относящиеся к основному технологическому

оборудованию, эксплуатируемому в случае

применения НДТ.

Пока не приняты правоприменительные акты,

определяющие процедуры выдачи и отзыва КЭР, правила

разработки технологических нормативов Росприроднадзором,

не утверждены Минпромторгом технические

требования к автоматическим средствам измерения и

учета объема или массы выбросов, концентрации вредных

(загрязняющих) веществ в выбросах, а также к техническим

средствам передачи указанной информации.

Необходимо отметить, что, исходя из сказанного выше,

предложение отечественного рынка по подобным автоматическим

системам довольно низкое.

Аналогичная ситуация складывается и с оборудованием

отечественного производства, требуемым при

внедрении НДТ на предприятиях различных отраслей.

Таким образом, сформирована система контроля вредных

выбросов/сбросов в части платежей и штрафов, но

внедрение НДТ на объектах I категории с 01.01.2019 г.

предлагается за их счет, что недешево и непросто. Стимулирование

данной деятельности для предприятий

явно недостаточно.

Так, например, внедрение НДТ по использованию

альтернативного топлива для замены части основного

технологического топлива на цементном заводе может

доходить до 5 млн евро.

Выводы и предложения

Представленные основные положения изменяющегося

природоохранного законодательства показывают,

что необходимо сделать в ближайшее время

предприятиям, оказывающим значительное негативное

воздействие на окружающую среду, а цементные

заводы входят в эту категорию. Реализация этих положений

требует значительного времени, наличия специалистов

— технологов/экологов, материальных ресурсов

и разработки и принятия стратегических решений

каждым предприятием. До настоящего времени они

имеют смутное представление об этом и занимают

выжидательную позицию. Для скорейшего реального

перехода цементной промышленности на принципы

наилучших доступных технологий с учетом вышесказанного

необходимо:

— технической рабочей группе (ТРГ-6) начать

работу по актуализации справочника «Производство

цемента» с целью уточнения перечня и значений маркерных

веществ, технических и технологических нормативов,

перечня предлагаемых НДТ;

— цементным заводам приложить усилия к активному

участию в разрабатываемых территориальных

схемах и региональных программах в области обращения

с отходами, как источникам согласованных долгосрочных

поставок альтернативного топлива и сырья;

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

15


cement | цемент

enterprises having significant negative environmental

impact, cement factories fall into this category, will

have to do in the near future. Implementation of

these provisions requires significant amount of time,

specialists — process engineers/ecologists, material

resources and at least development and adoption

of strategic decisions by each enterprise. Up to the

moment, they have vague idea about this and adopt

a wait-and-see attitude.

Taking into account the above mentioned, for the

quicker actual changeover of the cement industry to the

best available technique principles it is necessary:

— that the technical work group (TWG-6) starts

updating the reference book “Cement Production” in

order to specify the list and values of marker substances,

technical and technological norms, list of BATs suggested;

— that the cement factories make efforts to take

an active part in the development of local schemes

and regional programs in the sphere of waste disposal,

which are the sources of agreed long-term supply of

alternate fuel and raw materials, financial resources in

the framework of implementation of these programs;

— that the cement factories start working on

collaboration with the regional waste disposal operators

in the sphere of waste recycling.

The cement factories should elaborate the unified

approach to the following issues:

— to simplify the scheme of changeover to BAT by

means of elimination of repetitions and contradictions

in the approved and suggested documents, as reports of

enterprises amounting to near a hundred of documents

will yet more increase;

— simplified normalization of emissions from

insignificant sources, in contrast to the priority NEI

principal sources (according to BREFs) and disallowance

of the normalization on the basis of calculation of

pollutant ventilation from the whole range of sources;

— alternate fuel in the cement production is not a

waste, but a secondary material resource as understood

in the law under development “On Secondary Material

Resources”;

— harmonization of the environmental

legislation (ecological and sanitary) by adoption of the

“Environmental Code”;

— difficulty to practically apply the measures of the

state support (significant time and means expenditures

for document preparation to obtain this support) and

absence of available and complete information on

existing measures of the state support and conditions

of its obtaining.

— цементным заводам начать работу по взаимодействию

с региональными операторами по обращению

с отходами в части их утилизации.

Цементным заводам необходимо выработать единый

подход по следующим вопросам:

— упрощение схемы перехода на НДТ за счет

устранения дублирования и противоречий в принятых

и предлагаемых к принятию документах, так как отчетность

предприятий и без того достигает сотни документов,

и требования все возрастют;

— упрощенное нормирование выбросов от малозначимых

источников, в отличие от приоритетных основных

источников НВОС (по данным справочников

НДТ), и недопущение нормирования на основе расчета

рассеивания ЗВ от всего множества источников;

— альтернативное топливо при производстве цемента

— не отход, а вторичный материальный ресурс в

разрабатываемом законе «О вторичных материальных

ресурсах»;

— гармонизация природоохранного законодательства

(экологического и санитарного) путем принятия

«Экологического кодекса»;

— сложность практического применения и отсутствие

доступной и полной информации о мерах и

условиях получения государственной поддержки (существенные

затраты времени и средств на подготовку

документов).

References // Литература

1. Бушихин В.В. Альтернативное топливо и его

применение при производстве цемента. Альтернативы

использованию альтернативного топлива нет?!: доклад.

Международный цементный форум. Москва, 20–22 ноября

2007 г.

2. Бушихин В.В., Кайгородов О.Н., Полозов Г.М.,

Федосеев О.Е. Технологические и экологические аспекты

работы печного агрегата обжига клинкера при использовании

альтернативного топлива // Алитинформ.

№ 4. 2013.

3. Бушихин В.В., Кайгородов О.Н., Полозов Г.М.,

Федосеев О.Е. Вовлечение в хозяйственный оборот ТБО

для получения альтернативных видов топлива // Экологический

вестник России. № 5. 2013. С. 54–57.

4. Бушихин В.В., Ломтев А.Ю., Будко А.Г., Пахтинов

В.М. Проблемы использования альтернативных видов

топлива различной природы в цементной промышленности:

Опыт внедрения. // Алитинформ. № 1. 2015.

5. Бушихин В.В., Ломтев А.Ю., Колтон Г.П. Значение

поправок в Федеральный закон «Об отходах производства

и потребления» для активизации использования

промышленных отходов и побочных продуктов в цементом

производстве. // Алитинформ. № 4–5 (40). 2015.

16 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


cement | цемент

The list of main regulatory legal acts used

for writing of the present article:

1. Resolution of the Government of the Russian Federation

No. 398-р of March 19, 2014 “Concerning Approval of Set of Measures

Aimed to Refuse to Use Outdated and Inefficient Technologies,

Changeover to Best Available Techniques Principles and Adoption of

Modern Innovative Technologies”.

2. Resolution of the Government of the Russian Federation

No. 1604 of December 21, 2017 “On Submission by the Entities Engaged

in the Industrial Sphere and by the Local Government Authorities of the

Information for Entering the State Information Industrial System and

for Public Available Placing in the Information and Telecommunication

Network Internet”.

3. GOST R 56061-2014 “Industrial Ecology Control.

Requirements for Program Industrial Ecology Control”.

4. BREF 22.1-2016 “General Principles of Industrial

Environmental Control and Its Metrological Provision”.

5. Resolution of Ministry of Natural Resources of Russia of

February 28, 2018 No. 74. “Requirements to the program of production

environmental control, the order and terms of submission of the report

on the organization and results of implementation of IEC”.

6. Resolution of the Government of the Russian Federation

No. 1316-p of July 8, 2015 “List of pollutants subject to state regulation

in the field of environmental protection”.

7. Resolution of the Government of the Russian Federation

No. 255 of March 3, 2017 “Concerning calculation and collection of fees

for negative impact on the environment”.

8. Resolution of the Government of the Russian Federation

№ 84-p of January 25, 2018 “The strategy of industrial development for

processing, recycling and neutralization of production and consumption

wastes till 2030”.

Перечень основных нормативноправовых

актов, использованных

для написания данной статьи:

1. Распоряжение Правительства РФ от 19.03.2014 № 398-р

«Об утверждении комплекса мер, направленных на отказ от использования

устаревших и неэффективных технологий, переход на принципы

наилучших доступных технологий и внедрение современных

технологий».

2. Постановление Правительства РФ от 21.12.2017 № 1604

«О предоставлении субъектами деятельности в сфере промышленности,

органами государственной власти и органами местного самоуправления

информации для включения в государственную информационную

систему промышленности и размещении информации в открытом доступе

в информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"».

3. ГОСТ Р 56061-2014. «Производственный экологический

контроль. Требования к программе производственного экологического

контроля».

4. ИТС НДТ 22.1-2016 «Общие принципы ПЭК и его метрологического

обеспечения».

5. Приказ Минприроды России от 28.02.2018 № 74. «Требования

к содержанию программы производственного экологического

контроля, порядка и сроков представления отчета об организации и

о результатах осуществления ПЭК».

6. Распоряжение Правительства РФ № 1316-р от 8 июля

2015 г. «Перечень загрязняющих веществ, в отношении которых применяются

меры государственного регулирования в области охраны

окружающей среды».

7. Постановление Правительства РФ от 03.03.2017 № 255

«Об исчислении и взимании платы за негативное воздействие на

окружающую среду».

8. Распоряжение Правительства РФ № 84-р от 25 января

2018 г. «Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации

и обезвреживанию отходов производства и потребления на

период до 2030 года».

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

17


concrete | бетон

UDC // УДК 666.973

Thienel, K.-Chr., Univ.-Prof Dr.-Ing., Institute for Construction Materials,

Universität der Bundeswehr München, Neubiberg

STRUCTURAL LIGHTWEIGHT CONCRETE FOR

EXTERNAL WALLS — A CHALLENGE BETWEEN

THE POLES OF IMPROVED THERMAL

INSULATION AND FAIR FACED CONCRETE

Тинель К.-Кр., д-р техн. наук, проф., Институт конструкционных материалов, Мюнхенский

университет федеральных вооруженных сил, Нойбиберг, Германия

КОНСТРУКЦИОННЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН

ДЛЯ НАРУЖНЫХ СТЕН. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

И ДЕКОРАТИВНЫЙ БЕТОН:

СОСТЯЗАНИЕ ДВУХ КРАЙНОСТЕЙ

Abstract

The type of concrete for external walls should not

form an obstacle for freedom of design. This is a major

demand of architects, which holds for both: normal as

well as lightweight concrete. Some special characteristics

of lightweight concrete have to be considered for fulfilling

essential properties. They gain increasing

importance with decreasing density and in parallel

improved thermal conductivity. A close cooperation

between purposeful architects and competent concrete

technologists is mandatory for transferring design

visions into real buildings even with the most extreme

lightweight concretes at hand these days. Different important

aspects will be discussed in the following which

have to be addressed to achieve this goal.

Key words: lightweight concrete, fair faced concrete,

execution, surface texture, compactability

Аннотация

Используемый для наружных стен бетон не

должен ограничивать свободу выбора проектных

решений. Это основное требование архитекторов,

которое относится как к обычному, так и к легкому

бетону. В связи с этим возникает необходимость

учитывать такие особенности легкого бетона, как

снижение плотности, теплопроводности и др. Архитекторы

и квалифицированные строители-технологи

по бетону обязаны тесно сотрудничать друг с

другом даже в случае использования самого легкого

бетона, доступного на сегодняшний день. В данной

статье рассматриваются различные важные аспекты,

на которые следует обратить внимание для достижения

данной цели.

Ключевые слова: легкий бетон, декоративный бетон,

исполнение, фактура поверхности, уплотняемость

Introduction

The application of structural lightweight concrete

for monolithic external walls was quite common in the

sixties and early seventies of last century. They almost

vanished when thermal insulation requirements were

exacerbated in the course of the oil crisis. Additionally,

fair faced concrete was no longer in vogue.

Starting in the nineties a new generation

of architects rediscovered the design potential of

concrete. In order to accomplish the thermal insulation

requirements they used either normal concrete with

an internal thermal insulation layer or they went for

structural lightweight concrete. The challenges for the

Введение

Применение конструкционного легкого бетона

для монолитных наружных стен было весьма распространено

в шестидесятые — начале семидесятых

годов прошлого столетия. Легкие бетоны практически

перестали использоваться, когда требования по

тепловой защите зданий были ужесточены во время

нефтяного кризиса. К тому же декоративный бетон

вышел из моды.

В начале девяностых годов новое поколение

архитекторов заново открыло для себя потенциал

архитектурного бетона. Для обеспечения требований

по теплоизоляции ограждающих конструкций

18 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

lightweight concrete were threefold: sufficient strength,

reduced density for low thermal conductivity and a

composition that should yield a high quality surface.

Today different strength and density combinations

are used to comply with the varying demands. Strength

grades ranging from LC25/28 to LC40/44 with dry

concrete densities in between 1,300 and 1,600 kg/m3

are applied if the focus is primarily on load bearing

capacity and a lower density should mainly help to

avoid thermal bridges. Strength classes from LC12/13 to

LC20/22 with a dry density as low as 1,100 kg/m3 turn

out to be a good solution for e.g. production and office

buildings. The latest development are very low-density

lightweight concretes. The field of application for the

latter type of concrete are monolithic walls with low

thermal conductivity mainly for representative family

houses. Thermal requirements lead to wall thicknesses of

50 cm and more. Due to such wall thicknesses a strength

class LC8/9 is more than sufficient. The densities are

1,100 kg/m3 and below. The most recent development

provides the strength class LC8/9 at a mean dry density

of 725 kg/m3 only.

Reducing the density makes it increasingly

difficult to provide a dense concrete surface similar to

that of normal concrete. Instead, especially the very

low density lightweight concretes have a so called vivid

surface which is not just well accepted among architects,

but sometimes downright requested since it emphasizes

the uniqueness of these concretes.

The requirements with respect to the design of fair

faced concrete changed in the course of the last decades.

The contemporary taste and the technical achievements

were decisive for the implementation. The latter holds for

the formwork materials and the concrete technology as

well. There are interactions between binder, separating

agent and the skin of the formwork. In parallel the

concrete composition changed. This holds for instance

for the binder itself, which today is hardly pure cement

but most often a mix of composite cements and one or

more supplementary cementitious materials. Most mixes

utilize superplasticizers leading to very workable but still

stable concretes. The system becomes even more complex

due to the reduced density if lightweight concrete is

selected for the external walls. Along with a further

decreasing density a normal fair faced surface with

close and smooth texture is at least hard to accomplish

[1]. On the other hand especially the very low density

lightweight concretes provide the aforementioned very

peculiar surface texture that yields a very positive assent

from architects and clients unexpected by concrete

technologists.

Formwork surface

Originally, the most common fair faced concrete

surface was simply taking the imprint of the saw cut

wooden planks used which is accepted again today

(Fig. 1). Coated plywood panels entered the market

in 1960. They facilitated a more economical solution

стали использовать либо обычный бетон с внутренним

теплоизоляционным слоем, либо конструкционный

легкий бетон. Легкий бетон должен был отвечать

трем требованиям: обладать необходимой

прочностью при минимальной плотности и теплопроводности,

а также обеспечивать получение поверхности

высокого качества.

На сегодняшний день бетоны с различными

сочетаниями прочности и плотности применяются

для решения самых разнообразных задач. Классы по

прочности LC25/28–LC40/44 со средней плотностью

бетона в сухом состоянии в диапазоне от 1300 до 1600

кг/м3 применяются в случаях, когда основное внимание

уделяется несущей способности конструкции, в

то время как более низкая плотность в основном позволяет

избежать мостиков холода. Классы по прочности

LC12/13–LC20/22 со средней плотностью бетона

в сухом состоянии равной лишь 1100 кг/м3 оказались

неплохим решением, например, для промышленных

и офисных зданий. Последним достижением отрасли

являются легкие бетоны с очень низкой плотностью.

Данные виды бетонов используются для монолитных

стен, характеризующихся низкой теплопроводностью,

в основном при строительстве типовых жилых домов.

С учетом требований по тепловой защите зданий

толщина стен составляет 50 см и более. Из-за такой

толщины стен, использования бетона класса по

прочности LC8/9 более чем достаточно для возведения

стеновых конструкций. Значение плотности составляет

1100 кг/м3 и менее. Наиболее современным

разработанным материалом является бетон класса

по прочности LC8/9 со средней плотностью в сухом

состоянии всего лишь 725 кг/м3.

Из-за снижения плотности получить монолитную

бетонную поверхность, аналогичную обычному

бетону, становится все сложнее. Это особенно

касается легких бетонов с очень низкой плотностью,

обладающих так называемой «рельефной поверхностью»,

которая не только получила признание среди

архитекторов, но иногда является предметом особого

интереса, поскольку позволяет подчеркнуть уникальность

таких бетонов.

За последние десятилетия изменились требования

по оформлению поверхности конструкций из

декоративного бетона. Определяющими факторами

реализации проекта являются современный стиль и

технические достижения. Именно технические достижения

влияют не только на выбор материалов

для опалубки, но и на используемые технологии. Вяжущее,

разделительная смазка и ламинированный

слой опалубки связаны между собой. Параллельно с

этим изменяется состав бетонной смеси. Это справедливо

по отношению к самому вяжущему: на сегодняшний

день за редким исключением используется

бездобавочный цемент, но чаще всего это смесь

композитных цементов с одним или несколькими

дополнительными вяжущими. В большинстве бетонных

смесей используются суперпластификаторы,

которые позволяют получить бетонную смесь с

прекрасной удобоукладываемостью при сохранении

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

19


concrete | бетон

for large-area formwork jobs and provided a new and

smooth concrete surface which gave fair faced concrete

a significantly improved image. Among others the

Japanese architect Tadao Ando established with his

design of the Vitra conference pavilion in Weil/Rhine,

Germany, a kind of state of the art for fair faced concrete

until today by combining the smooth fair faced concrete

with prearranged visible formwork links and anchor

holes as main composition elements of the façade [2].

Retrospective to the origin of fair faced concrete, where

the materiality of concrete came to the fore and its

authentic properties were taken as given and not really

controlled, the question arises, if these almost perfect

surfaces are still up-to-date and whether to proceed this

way. There is a strong tendency in modern architecture

to abolish this almost mono-cultural surface philosophy

after a long successful period of application and to have

a shot at new unconsumed alternatives [3].

Fig. 1. Fair faced lightweight concrete (LC12/12 D1,2) designed

with saw cut wooden planks, community center

Erftstadt, Germany [4]

Рис. 1. Декоративный легкий бетон (класс по прочности

LC12/12 D1,2) с использованием опалубки из

деревянных досок, общественный центр в

г. Эрфтштадт, Германия [4]

It is mandatory for normal weight external

concrete walls to fulfill the thermal requirements by

means of integrated thermal insulation layers. This

requirement can be accomplished as well with monolithic

lightweight concrete walls. Erecting monolithic

walls with these increasingly lighter lightweight

concretes yields a new kind of material authenticity

and mobilizes significant synergetic effects that result

in a new understanding in designing with concrete.

This move became almost tangible in the reactions

upon publications to than newly build examples in

Switzerland [5] and Germany [3]. There is a growing

acceptance for this specific kind of surface texture that

some publications even refer to a LC12/13-optic, which

is copied for other projects using a special formwork

(Fig. 2) [6].

ее стабильности. Если для наружных стен выбирают

легкий бетон, система становится еще более сложной

из-за его низкой плотности. При постоянном снижении

плотности получить декоративную поверхность

с плотной и гладкой текстурой становится непросто

[1]. С другой стороны, именно легкий бетон с очень

низкой плотностью позволяет получить оригинальную

фактуру поверхности, которая, неожиданно для

специалистов по технологии бетона, так нравится архитекторам

и клиентам.

Поверхность опалубки

Раньше в качестве опалубки использовались

деревянные доски, которые оставляли следы

на поверхности декоративного бетона. На сегодняшний

день данный подход вновь становится

распространенным (рис. 1). Ламинированная

опалубочная фанера появилась на рынке в 1960 г.

Это позволило найти более экономичное решение

для опалубочных работ и получения гладкой бетонной

поверхности, что значительно повысило

популярность декоративного бетона. Японский

архитектор Тадао Андо, автор проекта павильона

для конференций на кампусе Vitra (Вейль-на-

Рейне, Германия), объединил декоративный бетон

с гладкой поверхностью с рельефом поверхности

со следами от опалубки и отверстиями для

стальных тягов, которые играют роль основных

элементов композиции фасада [2]. Если изучить

историю становления декоративного бетона, возникает

следующий вопрос: соответствуют ли эти

практически идеальные поверхности современным

требованиям и нормам и стоит ли дальше развивать

это направление? В современной архитектуре

прослеживается явная тенденция как к упразднению

этой проверенной временем монокультурной

философии абсолютно гладкой поверхности, так

и к попыткам применить новые, ранее не используемые

решения [3].

Наружные стены из тяжелого бетона должны

соответствовать требованиям по тепловой защите

зданий, для чего используются внутренние

теплоизоляционные слои. Данное требование может

быть выполнено и в случае с монолитными

стенами из легкого бетона. Возведение монолитных

стен с использованием легких бетонов с все

меньшей плотностью позволяет увидеть подлинные

свойства материала в новом ключе, а также задействует

весомые синергетические эффекты, что

приводит к новому взгляду на проектирование с

использованием легкого бетона. Такая перемена

стала практически осязаемой, судя по реакциям

на публикации, посвященные новым сооружениям

в Швейцарии [5] и Германии [3]. Данный особый

вид текстуры поверхности получает все более

широкое признание: в некоторых публикациях

она упоминается как LC12/13-optic и используется

для других проектов с помощью специальной

опалубки (рис. 2).

20 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Fig. 2. Detail of a lightweight concrete fair faced surface in LC12/13-optic (left), part of the building (right) [6]

Рис. 2. Элемент декоративной поверхности легкого бетона LC12/13-optic (слева), часть здания (справа) [6]

Concrete composition

It is often hard to distinguish on a first glance just

from the concrete surface between common structural

lightweight and normal weight concrete, since the main

difference is the replacement of the normal aggregate (e.g.

quarzitic gravel) against lightweight aggregate (LWA) such

as expanded shale or expanded clay, which is not visible

at the surface. In cases, where thermal insulation is not

relevant, the replacement is limited to the coarse aggregate

even down to a density class D1.4 (blue circles in Fig. 3).

Here, natural sand comprises the fine aggregate. Such

lightweight concretes are predominantly used for civil

engineering projects such as bridges, for slabs or internal

walls in offices and living quarters as well as for precast

elements such as bigger garages. Lowering the weight is in

the foreground in all these applications. Such lightweight

concretes will be ignored in the following considerations.

The replacement of the natural sand by lightweight

sand yields an additional reduction in concrete dry density

of approximately 200 kg/m3 (empty orange diamonds in

Fig. 3). A further benefit of the lightweight sand is an

essentially improved thermal property which opens new

fields of application to these so called pure lightweight

concretes, since the lightweight aggregates yield a lower

thermal conductivity as compared to normal aggregates.

The pure lightweight concretes can be further optimized,

if one makes use of the means concrete technology offers

today (modern superplasticizers and supplementary

cementitious materials and incorporates expanded glass

as LWA for very low densities (orange squares in Fig. 3).

The performance differences of the three aforementioned

types of lightweight concrete with respect to strength are

clearly depicted in Fig. 3. The values kind of reflect the

technical limits. Reducing the density lowers the strength,

but it also goes along with a lower thermal conductivity.

Fig. 4 displays the correlation between dry concrete

density and thermal conductivity. It becomes clear that

reducing concrete density yields an advantage in the

thermal design of a building. Both aspects — strength

and thermal conductivity — play an important role

Состав бетона

Нередко при первом осмотре бетонных поверхностей

сложно заметить различия между декоративным

легким бетоном и тяжелым бетоном, так

как основное отличие заключается в замене обычного

заполнителя (например, кварцевого гравия) на легкий

заполнитель (ЛЗ): вспученный сланец или керамзит,

которые не видны на поверхности. В случаях, когда

требования по обеспечению теплоизоляции не являются

ключевым фактором, заменяется только крупный

заполнитель вплоть до класса по плотности D1.4

(синие круги на рис. 3), а в качестве мелкого заполнителя

используется природный песок. Легкие бетоны

данного вида применяются в основном в гражданском

строительстве, например мостов, для отделки

внутренних стен в офисах и жилых помещениях, а

также в качестве сборных элементов, например, при

строительстве больших гаражей. Для всех областей

применения приоритетом является снижение объемного

веса бетона. Далее легкие бетоны такого вида

рассматриваться в данной статье не будут.

Замена природного песка на легкий приводит

к дополнительному снижению средней плотности

бетона в сухом состоянии примерно до 200 кг/м3

(пустые оранжевые ромбы на рис. 3). Еще одно преимущество

легкого бетона — это значительное улучшение

теплозащитных свойств, что открывает новые

возможности использования так называемых чистых

легких бетонов, поскольку введение легких заполнителей

приводит к более низкой теплопроводности по

сравнению с обычными. Дальнейшая оптимизация

состава «чистых» легких бетонов возможна с помощью

современных технологий (современные суперпластификаторы,

активные минеральные добавки

и гранулированное пеностекло, используемое в качестве

ЛЗ из-за его чрезвычайно низкой плотности

(оранжевые квадраты на рис. 3). Различия в показателях

прочности трех перечисленных выше видов

легкого бетона показаны на рис. 3. Эти значения в

определенной степени отражают пределы технических

показателей. Снижение плотности приводит

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

21


concrete | бетон

Cube strength [MPa] // Кубиковая прочность (МПа)

120

100

80

60

40

20

0

0,6 0,8 1 1,2

1,4

1,6

1,8

Dry density [kg/dm3] // Плотность в сухом состоянии (кг/дм3)

Lightweight concrete with normal weight sand //

Легкий бетон с обычным песком

Lightweight concrete with lightweight sand //

Легкий бетон с легким песком

High performance lightweight concrete //

Высококачественный легкий бетон

Fig. 3. Correlation between cube strength and dry density for

lightweight concretes with different compositions [7]

Рис. 3. Зависимость между кубиковой прочностью и

плотностью в сухом состоянии для легких бетонов с

различными составами [7]

for selecting a lightweight concrete. The correlation is

simplified given via the dry density.

Three different application and synergetic areas

exist for light and very light concrete depending on

the combination of required compressive strength and

thermal conductivity needed in order to adapt to the

building physics requirements.

— Highly stressed facades of office buildings with

many window and door openings demand higher strength

and are realized in a concrete density range between 1.3

and 1.6 kg/m3 (right oval in Fig. 3).

— Less stressed facades which either have thicker

walls, less stories or less openings are executed in the

density range between 1.0 and 1.3 kg/m3 (central oval

in Fig. 3).

— The best thermal insulation with very light

concretes is increasingly used for exclusive private houses.

Their external walls are executed in densities ranging

from 1.0 down to 0.80 kg/m3 and even less (left oval in

Fig. 3). Below 0.80 kg/m3 such lightweight concretes are

no longer covered by existing standards for structural

lightweight concrete in Europe. Since the thermal

insulation requirements lead to rather thick walls, the

achievable strength is usually high enough to provide

sufficient load bearing capacity for single- or two-story

houses. In some projects executed the concrete strength

was even below a strength class LC8/9, which is the

lowest strength class that was covered by existing or old

standards for lightweight concrete (LC) [9–11]. Such LC

ranges somewhere in between structural lightweight

concrete and no-fines lightweight concrete with open

porous structure [12]. Thus special considerations are

necessary regarding a suitable design concept. This

Design values thermal conductivity λd [W/(mk)] //

Расчетные значения теплопроводности λd (Вт/мК)

120

100

80

60

40

20

1200

800 1000 1400

1600

3 3

Dry density [kg/dm3] // Плотность в сухом состоянии (кг/дм3)

Technical approval Z-23.11-1244 (with Liapor) //

Техническое свидетельство Z-23.11-1244 (песок Liapor)

Technical approval Z-23.11-1244 (with natural sand) //

Техническое свидетельство Z-23.11-1244 (природный песок)

DIN 4108-4 (with lightweight sand) //

DIN 4108-4 (легкий песок)

DIN 4108-4 (with natural sand) //

DIN 4108-4 (природный песок)

Fig. 4. Exemplary design values of thermal conductivity of

lightweight concrete according to the relevant German

standard DIN 4108-4 and to technical approval [8]

Рис. 4. Примерные расчетные значения теплопроводности

легкого бетона согласно действующему немецкому

стандарту DIN 4108-4 и техническому свидетельству [8]

к снижению прочности и обеспечивает более низкую

теплопроводность. На рис. 4 представлена зависимость

между средней плотностью бетона в сухом

состоянии и теплопроводностью. Очевидно, что

снижение средней плотности бетона положительно

сказывается на сопротивлении теплопередачи

ограждающих конструкций здания. Оба показателя

— прочность и теплопроводность — имеют большое

значение при выборе в пользу легкого бетона. Зависимость

теплопроводности от плотности в сухом состоянии

представлена в упрощенном виде.

В зависимости от соотношения нормативных

показателей прочности при сжатии и теплопроводности,

необходимых для обеспечения требований по

строительной физике, легкие и особо легкие бетоны

эффективно использовать в трех различных областях:

— При высоких нагрузках на стены офисных

зданий с многочисленными окнами и дверными проемами,

что требует повышения несущей способности,

используется бетон с плотностью 1,3–1,6 кг/м3 (правый

овал на рис. 3).

— Для зданий с более толстыми стенами, меньшим

количеством ярусов или проемов используется

бетон с плотностью 1,0–1,3 кг/м3 (центральный овал

на рис. 3).

— Самые лучшие теплоизоляционные решения

с использованием особо легких бетонов все чаще используются

при строительстве эксклюзивных жилых

домов. Наружные стены таких домов возводятся с

использованием бетона с плотностью от 1,0 до 0,8

кг/м3 или менее (левый овал на рис. 3). Легкие бетоны

с плотностью менее 0,80 кг/м3 уже не нормируются

существующими стандартами для конструкционного

22 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

requires more or less automatically a technical approval

or an approval on an individual basis [13].

Surface quality and compactability

The decision to use a lightweight concrete for a

building often calls for compromises. The idea of having a

smooth fair faced concrete implies an immaculate almost

void free surface. Following this design idea requires

additional efforts for the construction operation even for

normal weight concrete. It is more difficult but possible

with lightweight concrete as well (Fig. 5). Lightweight

concrete damps the energy of vibrators during compaction

due to its low density. The lower the density the more

effort is needed for compacting the concrete. As a

simple rule of thumbs one can assume that the range of

influence of concrete vibrators decreases proportionally

to the density ratio of lightweight concrete in relation to

normal weight concrete. A good project planning and

disposition together with qualified personal on site will

permit a successful unerring execution even of demanding

structured fair faced concrete (Fig. 6, 7).

Fig. 5. Close-up of the fair faced concrete (LC12/13 D1,2) of

regional and district court Frankfurt/Oder [14]

Рис. 5. Увеличенное изображение декоративного бетона

(LC12/13 D1,2) здания регионального и земельного

суда во Франкфурте-на-Одере [14]

Fig. 6. Detail of the designed surface of the Goethe-

Gymnasium Regensburg (left) [15]

Рис. 6. Элемент фасада здания гимназии Гете в

Регенсбурге(слева) [15]

Fig. 7. Detail of the external wall of a work and machine shop on

the university campus Klein-Altendorf, Bonn (right) [16]

Рис. 7. Элемент наружной стены цеха и мастерской в

университетском кампусе «Кляйн-Альтендорф»,

Бонн (справа) [16]

In the case of lightweight concrete with very low

density producing an almost void free surface is for most

contractors close to impossible even with increased

efforts. Here, it is often more a question of a homogenous

appearance of the surface by avoiding bigger voids or

легкого бетона в Европе. Высокие требования к теплозащите

зданий приводят к увеличению толщины

стен. В случае строительства одноэтажных и двухэтажных

домов прочность данного бетона достаточна

для обеспечения несущей способности стен. В некоторых

реализованных проектах прочность бетона

была даже ниже класса по прочности LC8/9 — самого

низкого класса по прочности, представленного в

существующих или старых стандартах для ЛБ [9–11].

Такие легкие бетоны занимают нишу где-то между

конструкционным легким бетоном и беспесчаным

легким бетоном с открытой поровой структурой [12].

Таким образом, подходящее конструктивное решение

требует особых согласований: техническое утверждение

или согласование отдельного проекта [13].

Качество поверхности и уплотняемость

Решение использовать при строительстве зданий

легкий бетон зачастую требует определенных

компромиссов. Получение гладкой поверхности из

декоративного бетона подразумевает безукоризненную

поверхность без дефектов в виде пор и каверн.

Это требует дополнительных усилий при выполнении

строительных работ даже при использовании

обычного тяжелого бетона. В случае с легким бетоном

сделать это сложнее, но все же возможно (рис. 5).

В процессе уплотнения легкобетонная смесь лучше

поглощает энергию вибрации за счет своей низкой

плотности. Чем ниже плотность, тем выше затраты

при уплотнении бетонной смеси. Чисто эмпирически

можно предположить, что амплитуда воздействия

вибрации на бетонную смесь уменьшается пропорционально

значению плотности легкого бетона относительно

обычного тяжелого бетона. Грамотное

планирование проекта объекта, высокопрофессиональный

персонал на строительной площадке позволят

выполнить работы успешно и без ошибок, даже

при условии использования структурированного декоративного

бетона (рис. 6, 7).

При использовании легкого бетона с очень

низкой плотностью получение поверхности без пор

и каверн является почти невыполнимой задачей для

большинства подрядчиков. Так, зачастую проблема

заключается, с одной стороны, в получении однородной

поверхности без объемных пустот или даже

полостей, а с другой — идеально гладких поверхностей

на локальных участках. Тем не менее такая

естественная «рельефная поверхность» стала отличительным

знаком для легких бетонов с очень низкой

плотностью, и архитекторы все чаще используют

их при проектировании (рис. 8).

Цвет поверхности

Даже незначительные изменения водоцементного

отношения приводят к изменениям светлости

поверхности бетона и, как следствие, цвета. По

этой причине водоцементное отношение не должно

быть выше 0,55, а отклонения для легких бетонов

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

23


concrete | бетон

even cavities, on one hand and locally perfect smooth

surfaces, on the other hand. Nevertheless, this naturally

looking vivid surface became kind of brand mark of very

low density lightweight concretes and is more and more

especially asked for by architects (Fig. 8).

ограничены до 0,02 [18], поскольку поглощение влаги

крупным легким заполнителем и особенно некоторыми

видами дробленого легкого песка, может достигать

45 масс. %. В результате цвет бетона становится

грязноватым (рис. 9). Другим решающим фактором

является цвет используемого песка. Цвет дробленого

керамзита и вспученного сланцевого песка варьируется

от темно-коричневого до антрацитового. И в

этом случае в результате плодотворного сотрудничества

технологов и архитекторов можно подобрать

состав смесей со светлыми поверхностями (рис. 10).

Fig. 8. Example of a “vivid” concrete surface of the residential

house Trager (Photo: Gustav Willeit) [17]

Рис. 8. Пример «рельефной» бетонной поверхности в

жилом доме, возведенном компанией Trager (Фото:

Густав Виллейт) [17]

Colored surfaces

Even minor variations in water-binder-ratio

influence the brightness of a concrete surface and in

consequence its colorfulness. Water-binder-ratio should

not exceed 0.55 for this reason and any variation in waterbinder-ratio

is limited for fair faced concrete to 0.02 [18].

This is an enormous challenge for lightweight concrete

which becomes immediately clear if one considers the

water absorption of coarse lightweight aggregate and

especially of crushed lightweight sand which may be as

high as 45 wt-% for some types. The resulting color of the

concrete becomes rather blotty (Fig. 9). The color of the

sand used is another critical factor. The color of crushed

expanded clay and expanded shale sand ranges from dark

brown to anthracite. Here again, the fruitful cooperation

between concrete technologist and architect can result in

suitable mix designs with bright surfaces (Fig. 10).

Fig. 10. Colored lightweight concrete (LC12/13 D1,2) with shell

limestone type character of the New Apostolic church

in Pliezhausen (Photo: Markus Ebener) [20]

Рис. 10.Цветной легкий бетон (LC12/13 D1,2), стилизованный

под ракушечный известняк. Новая Апостолькая

церковь в г. Плицхаузен (Фото: Маркус Эбенер) [20]

LC7/8 D0,725 Top of the edge in current

lightweight concrete technology [13].

The potential of structural lightweight concrete

with very low density was proven earlier by Schlaich. The

Fig. 9. Red lightweight concrete of a fire fighter house in

Vierschach, Italy (Photo: Gustav Willeit) [19]

Рис. 9. Пожарная часть Вершако, построенная с

использованием легкого бетона красного цвета,

Италия (Фото: Густав Виллейт) [19]

LC7/8 D0,725 — вершина достижений современной

технологии легких бетонов [13].

Возможности конструкционного легкого бетона

с низкой плотностью продемонстрировал Майк

Шлайх. В качестве основы смеси для инфралегкого

бетона [21] им был взят состав другого легкого бетона

с сопоставимой плотностью, с несколькими фракциями

керамзита, созданный в рамках исследовательского

проекта по разработке сэндвич-панели из стали

и легкого бетона [22]. Для данного вида легкого

бетона не предъявлялось каких-либо требований к

качеству поверхности. Компания «Боннен и Шлайх»

доработала рецептуру состава и успешно применила

его при сооружении частного дома в Берлине [23].

Дальнейшее развитие технология особо легких

конструкционных бетонов получила в Мюнхене

при строительстве семейного дома Thalmair [13]. Для

реализации данного проекта потребовалось утверждение

в индивидуальном порядке, так как плотность

и класс по прочности легкого бетона были ниже предельных

значений, нормируемых действующими Европейскими

стандартами [10, 11].

Подбор состава смеси

В составе смеси, используемой для строительства

частного дома Thalmair (табл. 1) в качестве заполнителя

применялись гранулированное пеностекло

и керамзит, а также смесь цементов CEM II/B-S

42,5 N и CEM III/A 32,5 N-LH/NA с золой-уносом и

24 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

mix design for his “infra lightweight concrete” [21] is

based on another lightweight concrete with comparable

density that combined several expanded clay fractions

and was developed within the framework of a research

project dealing with a steel-lightweight concrete sandwich

construction [22]. No requirement with regard to surface

quality was set for this initial lightweight concrete. This

necessary modification was accomplished by Bonnen/

Schlaich and successfully implemented in a private house

in Berlin [23].

A further development of these ultra lightweight

structural concretes was implemented in Munich for the

architect Thalmair’s own single family house [13]. Here,

an approval on an individual basis was required since

density and strength class of the lightweight concrete were

below the limits of the current European standards [10, 11].

Mix design

The mix design of Thalmair’s house (Table 1) is

based on expanded glass and expanded clay and used

a combination of CEM II/B-S 42,5 N and CEM III/A

32,5 N-LH/NA together with fly ash and silica slurry as

binder. This combination was necessary for providing

sufficient demolding strength but did already reduce

the heat of hydration to a certain extend. Nevertheless, a

significant temperature rise was still expected since the

external walls were 50 cm thick and the concrete’s thermal

conductivity was low [24]. Mock-ups test confirmed this

expectation. Finally, these tests led additionally to the

partial replacement of mixing water by flake ice in order

to limit the maximum concrete temperature during

hydration to 68 °C. The water absorption of the LWA

was compensated by additional 27 l/m3 of water. This

water was added but not considered in the mix (Table 1)

since it did not increase concrete volume [13].

Table 1.

Таблица 1.

Mix design

Подбор состава смеси

суспензией микрокремнезема. Такое сочетание было

необходимо при обеспечении отпускной прочности

для извлечения из формы, а также для частичного

снижения тепловыделения цемента при твердении.

Тем не менее из-за низкой теплопроводности и толщины

стен 50 см прогнозировалось значительное

повышение температуры [24]. Испытания, проведенные

на модели, подтвердили эти расчеты. Поэтому

чтобы добиться снижения тепловыделения, часть

воды затворения была заменена чешуйчатым льдом

для снижения максимальной температуры бетона в

процессе гидратации до 68 °C. Поглощение воды ЛЗ

компенсировалось за счет введения дополнительного

количества воды — 27 л/м3. Данное количество воды

не учитывалось (табл. 1), так как ее введение не приводило

к увеличению объема бетона [13].

Свойства бетонной смеси и бетона

Подвижность бетонной смеси определяли по

EN 12350-5 [25] (испытание на виброплощадке) и EN

12350-4 [26] (испытание по степени уплотняемости).

Испытания, проведенные вторым методом, показали

более высокую точность (рис. 11). Испытания, описанные

в первом стандарте, могут в дальнейшем использоваться

для контроля качества на строительной

площадке, но так как его результаты в значительной

степени зависят от плотности бетона, он не может

быть использован для определения класса по подвижности

легкобетонной смеси. Этот вывод был сделан

на основе анализа данных по степени уплотняемости.

Смесь в течение 60 минут после начала смешивания

сохраняла способность к самоуплотнению в

соответствии со степенью уплотняемости (класс по

подвижности C4). На объект строительства доставлялась

бетонная смесь класса С3. Испытания бетонной

смеси, проведенные на строительной площадке,

показали ее высокую удобоукладываемость, что не

Volume dm 3 /m 3 // Объем дм 3 /м 3 Mass kg/m 3 // Масса кг/м 3

Liaver 1–4 mm and Liapor 2,9E 2–6 mm //

Легкий заполнитель Liaver 1–4 мм и Liapor 2,9E 2–6 мм

568 215

Cement // Цемент 113 350

Admixtures: fly ash, silica slurry (solid content) // Добавки: зола-унос,

суспензия микрокремнезема (содержание твердой фазы)

64 118

Water (including slurry content) // Вода (с учетом воды в суспензии) 149 149

Air content // Воздухосодержание 106

Sum // Суммарное значение 1000 832

Fresh and hardened concrete properties

Consistency was determined according to EN

12350-5 [25] (flow table test) and EN 12350-4 [26] (degree

of compactability). The latter was more sensitive (Fig. 11).

соответствовало данным, полученным при испытании

по EN 121350-5, так как по их результатам класс

по подвижности данной смеси был определен как F2.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

25


concrete | бетон

The first test method can be used later for quality control

on site, but since its results strongly depend on the concrete

density, it is not suited for lightweight concrete

for determining a consistency class. This was declared

based on the degree of compactability. The mix was selfcompacting

until 60 minutes after the start of mixing

according to the degree of compactability (consistency

class C4). The concrete delivered on site had consistency

class C3. Its effective workability on site confirmed that

the results of the degree of compactability measurements

are representative for such mixes other than the flow table

results which indicated a stiffer mix (class F2).

Compressive strength was determined on cylinders

(150/300 mm) and 150-mm-cubes according DIN EN

12390-3 [27]. Here, the casting procedure is decisive for

strength and density of the specimens due to impact of

the initial water absorption of the lightweight aggregates.

The mean dry density (ρ d ) at 28 days was 0.749 kg/m3

which resulted in compressive strength values of 12.2

and 14.2 MPa respectively (Fig. 12). The variations in

the strength results beyond 28 days did always go along

with deviations in concrete density. The strength results

led to a strength class designation LC8/9.

Modulus of elasticity (E lcm ) [28] was 5.3 GPa at

28 d. This was significantly higher than predicted in the

European concrete standard [11], while the measured

splitting tensile strength (f ct,sp ) acc. [29] of 0.88 MPa

correlated well with the estimation.

Creep and shrinkage were measured following the

procedure given in [30]. The results (Fig. 13) correspond

well with data published by Schlaich and Zareef [21].

Thermal insulation is very important for such

lightweight concrete. Thermal conductivity λ 10tr was

measured acc. DIN EN 12664 [31] on samples having a

Compressive strength [MPa] //

Прочность при сжатии (МПа)

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Fig. 12.

Рис. 12.

0 28 56 84 112

140 168 196 224 252 280 308 336 364

Testing age [d] // Возраст (сутки)

Cylinders (individual values) //

Образцы-цилиндры (отдельно взятые значения)

Cubes (individual values) //

Образцы-кубы (отдельно взятые значения)

Cylinders (mean) // Образцы-цилиндры (среднее значение)

Cubes (mean) // Образцы-кубы (среднее значение)

Development of cylinder and cube strength

Предел прочности образцов цилиндров и

кубов

Flow spread [mm] // Расплыв конуса (мм)

700

600

500

400

300

200

Strains [mm/m] // Деформации (мм/м)

100

0

0 15 30 45 60

Fig. 11. Development of flow spread and degree of

compactability until 90 minutes after start of mixing

Рис. 11. Зависимость расплыва конуса и степени

уплотняемости бетонной смеси от времени начала

замешивания (90 минут)

Прочность при сжатии определялась по DIN

EN 12390-3 на образцах-цилиндрах (150/300 мм) и образцах-кубах

(150 х 150 х 150 мм) [27]. В данном случае

методика формования имеет решающее значение

для прочности и плотности образцов из-за абсорбции

воды легкими заполнителями. Средняя объемная

плотность бетона в сухом состоянии (ρ d ) на 28

сутки составила 0,749 кг/м 3 , в результате чего величины

прочности при сжатии составили 12,2 и 14,2

МПа соответственно (рис. 12). Прочность бетона в

возрасте 28 суток всегда коррелировала с плотностью

бетона. По результатам испытаний было установлено,

что бетон соответствует классу по прочности LC8/9.

Модуль упругости (E lcm ) [28] в возрасте 28 суток

составил 5,3 ГПа. Эта величина была значительно

выше относительно значений, указанных в Европейском

стандарте по бетону [11], в то время как

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

Fig. 13.

Рис. 13.

Time after start of mixing [min] // Время смешивания (мин)

Flow spread // Расплыв конуса

Degree of compaction // Степень уплотнения

0,0

0 100

Strains during creep loading

Деформация ползучести

1,07

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

1,00

75 90

200 300 400 500

Loading duration [d]// Продолжительность нагрузки (сутки)

Strain // Деформация

Elastic strain // Упругая деформация

Creep strain // Деформация ползучести

Shrinkage strain during creep // Усадочная деформация

Degree of compactability с [-] //

Степень уплотняемости с [-]

26 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

dry density of 0.723 kg/m3. It was 0.185 W/(mK) which is

in line with values obtained for other projects [13].

Execution

Even though this newly developed LC8/9 D0,725

has a very good workability, its low density nevertheless

is a challenge on site. This holds for the compaction

during placing as well as for the vulnerability of its

surface. Thus special care must be taken when selecting

the separating agents. When stripping the formwork the

concrete’s corners and edges are easily damaged because

of its low strength. Finally, a hydrophobic agent was

applied as additional surface protection and is strongly

recommended for other projects since the lightweight

concrete has a high air content and unintended water

absorption would have a negative impact on the thermal

insulation properties as well as the long term appearance

Fig. 14. Finished private house Thalmair

(© Informations Zentrum Beton/Peters Fotodesign)

Рис. 14. Частный дом Thalmair

(© Informations Zentrum Beton/Peters Fotodesign)

of the building. The resulting surface quality (Fig. 14) is

meanwhile accepted and often especially asked for by

architects and future building owners.

Today, the combination of concrete competence,

the right material selection and thorough preparation of

the job yield even for extremely challenging lightweight

concretes with very low dry density such as a LC8/9

прочность бетона на растяжение при раскалывании

(f ct,sp ) [29] составила 0,88 МПа и была сопоставима с

расчетами.

Определения деформации ползучести и усадки

проводились в соответствии с методикой, представленной

в статье [30]. Результаты (рис. 13) хорошо

согласовывались с данными, опубликованными

Шлайхом и Зарифом [21].

Теплоизоляция — очень важный аспект для таких

видов легких бетонов. Теплопроводность λ 10tr по

DIN EN 12664 [31] определялась на образцах с плотностью

в сухом состоянии 0,723 кг/м3. Она составила

0,185 Вт/(мК), что соответствовало величинам, полученным

для других проектов [13].

Выполнение работ

Даже учитывая тот факт, что недавно разработанный

бетон LC8/9 D0,725 прекрасно обрабатывается,

его низкая плотность представляет определенные

сложности при проведении работ на строительной

площадке. Сложности связаны с уплотнением при

формовании, а также с необходимостью защиты бетонной

поверхности от внешних воздействий. Именно

поэтому для предотвращения повреждений необходимо

тщательно подойти к выбору разделительных

смазок. При разборке опалубки углы и края бетона

легко повреждаются из-за его низкой прочности. В

конечном счете в качестве дополнительной защиты

поверхности применяется гидрофобная обработка

поверхности, которую настоятельно рекомендуется

использовать и для других проектов, поскольку легкий

бетон содержит в себе большой объем воздуха,

а поглощение воды сверх запланированного в проекте

негативно влияет на показатели тепловой защиты

и внешний вид здания в долгосрочной перспективе.

Получаемое качество поверхности (рис. 14) считается

приемлемым, и очень часто архитекторы и будущие

собственники зданий специально закладывают этот

материал в проекты.

Fig. 15. Surface of a LC8/9 D0,725 with vivid texture and visible

casting layers (Photo: Matthias Richter)

Рис. 15. Поверхность LC8/9 D0,725 с рельефной текстурой и

видимыми слоями укладки бетонной смеси

(Фото: Матиас Рихтер)

Fig. 16. Surface texture and edge quality of a column cast in

LC8/9 D0,725 in highest fair-faced concrete quality

(Photo: Björn Callsen)

Рис. 16. Текстура поверхности и геометрия грани колонны

из монолитного сверхвысококачественного

декоративного легкого бетона LC8/9 D0,725

(Фото: Бьорн Каллсен)

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

27


concrete | бетон

D0,725 very lively (Fig. 15) as well as almost perfect

surfaces (Fig. 16).

Summary

The fair faced surface of structural lightweight

concrete with low thermal conductivity can be very

unique. At the end of the day it is up to the successful

ensemble acting of architects, concrete technologists,

the construction team on site as well as the mutual

understanding of the partners intentions and abilities

to transfer an initial idea into a remarkable structure.

Structural lightweight concrete leaves a lot of space for

these ideas. There is no creative limit or obstacle set

for owners and architects even in case of the current

performance maximum in very low density concrete

technology. As always, it depends what the players

involved make out of it.

References // Литература

1. Thienel, K.-C. and Peck, M., Renaissance

of lightweight concretes in architecture

(in German). Zement + Beton, 2010(4),

p. 2–9.

На сегодняшний день сочетание компетентности

в вопросах, касающихся бетона, правильного

выбора материалов и тщательной подготовки к выполнению

работ позволяет даже требующим особого

подхода легким бетонам с очень низкой плотностью

LC8/9 D0,725 выглядеть «рельефно» (рис. 15) и

иметь практически идеальную поверхность (рис. 16).

Заключение

Декоративная поверхность конструкционного

легкого бетона с низкой теплопроводностью может

быть уникальной. Воплощение изначального замысла

в незаурядную конструкцию с использованием легкого

бетона зависит от успешных и слаженных действий

архитекторов, специалистов по технологии бетона,

строителей на площадке и взаимного понимания намерений

партнеров. Предела для фантазии или препятствий

со стороны владельцев или архитекторов не

существует, даже с учетом имеющихся максимальных

рабочих характеристик в технологии бетона с очень

низкой плотностью. И как всегда, результат зависит

от слаженных действий участников проекта.

2. Vitra Design Foundation gGmbH. Vitra

Design Museum. 2017; Available from:

http://www.design-museum.de/de/

informationen/der-vitra-campus.html.

3. Thienel, K.-C. and Peck, M., Renaissance

of structural lightweight concrete in

architecture (in German) DETAIL, 2007(5),

p. 522–534.

4. Community center Erftstadt — A sculptural

monolith (in German), liapor news extra

Leichtbeton 1. 2015, Liapor GmbH & Co.

KG, Editor. 2015, mk publishing GmbH:

Augsburg, p. 12–15.

5. Gartmann, P., The potential of insulating

concrete (in German), 3. Schweizer

Betonforum. 2009, BETONSUISSE AG:

Zürich.

6. House of prayer in one cast (in German),

liapor news 2. 2015, Liapor GmbH & Co.

KG, Editor. 2015, mk publishing GmbH:

Augsburg, p. 10–14.

7. Thienel, K.-C., Строительство из легкого

бетона: от свойств материала до реализации

в сооружениях. Бетон и железобетон,

2012. 2(7), p. 110–115.

8. Thienel, K.-C., What advantages offer

lighweight concretes? (in German),

betonbau. aktuell. 2005: Apolda, p. 7.

28 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

9. DIN 4219-1, Part 1: Lightweight aggregate

concrete and reinforced lightweight

aggregate concrete with closed texture;

requirements for the concrete, manufacture

and quality control (in German). 1979,

Beuth-Verlag.

10. EN 206, Concrete — Specification,

performance, production and conformity.

2013, p. 96.

11. EN 1992-1-1, Eurocode 2: Design of

concrete structures – Part 1-1: General

rules and rules for buildings. 2011.

12. EN 1520, Prefabricated reinforced

components of lightweight aggregate

concrete with open structure with

structural and non-structural

reinforcement. 2011, p. 119.

13. Callsen, B. and Thienel, K.-C., Special

aspects for the development and execution

of a highly thermal insulating high

performance lightweight concrete with

very low density (in German). Beton, 2017.

67(4), p. 128–134.

14. Thienel, K.-C., Potential of lightweight

concrete as fair faced concrete (in

German), Forum Bauen mit Sichtbeton

— Hochwertige Sichtbetonflächen aus

monolithischem Leichtbeton. 2009:

Regensburg, p. 28.

15. Eckert, T., Construction with fair faced

concrete — The beauty of construction

material, Detail und Oberflächen, Forum

Bauen mit Sichtbeton Hochwertige

Sichtbetonflächen aus monolithischem

Leichtbeton. 2009: Regensburg, p. 67.

16. Campus Klein-Altendorf, University

Bonn — A special kind of faced massage

(in German), liapor news 1. 2015, Liapor

GmbH & Co. KG, Editor. 2015, mk

publishing GmbH: Augsburg, p. 10–14.

17. Pure aesthetics (in German), liapor news

2_2007, Liapor GmbH & Co. KG, Editor.

2007, mk publishing GmbH: Augsburg, p.

10–14.

18. Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein

E.V, Guideline "Fair faced concrete". 2004,

Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein

E.V: Berlin, p. 43.

19. Willeit, G., Fire station in Vierschach.

2016 [cited 2017 14. Mai]; Available from:

https://www.baunetzwissen.de/beton/

objekte/sonderbauten/feuerwehrhaus-invierschach-4740827.

20. Natural stone colored church sculpture

— Fair faced concrete building with

deliberately void-rich surface (in German).

Beton, 2017. 67(4), p. 140.

21. Schlaich, M. and Zareef, M.E., Infra

lightweight concrete (in German). Betonund

Stahlbetonbau, 2008. 103(3), p. 175–

182.

22. Bergan, P.G., Bakken, K., and Thienel,

K.-C., Analysis and Design of Sandwich

Structures Made of Steel and Lightweight

Concrete, in III European Conference on

Computational Mechanics, Motasoares,

C.A., et al., Editors. 2006, Springer

Netherlands, p. 145–165.

23. Bonnen, C. and Schlaich, M., Monolithic

building design with infra lightweight

concrete (in German). Zement + Beton,

2010(4), p. 10–13.

24. Held, M., High strength structural

lightweight concrete (in German). Beton,

1996. 46(7), p. 411–415.

25. EN 12350-5, Testing fresh concrete — Part

5: Flow table test. 2009, Beuth-Verlag:

Berlin, p. 10.

26. EN 12350-4, Testing fresh concrete — Part

4: Degree of compactability. 2009, Beuth-

Verlag.

27. EN 12390-3, Testing hardened concrete

— Part 3: Compressive strength of test

specimens. 2009, Beuth-Verlag: Berlin, p.

15.

28. EN 12390-13, Testing hardened concrete —

Part 13: Determination of secant modulus

of elasticity in compression. 2014, Beuth-

Verlag: Berlin, p. 14.

29. EN 12390-6, Testing hardened concrete.

Part 6: Tensile splitting strength of test

specimens. 2010, Beuth-Verlag.

30. Buntke, N., Booklet 422 Testing of

Concrete — Recommendations and Advises

in Addition to DIN 1048 (in German).

1991, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton:

Berlin, p. 53.

31. EN 12664, Thermal performance

of building materials and products.

Determination of thermal resistance by

means of guarded hot plate and heat flow

meter methods. Dry and moist products of

medium and low thermal resistance. 2001.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

29


concrete | бетон

UDC // УДК 666.9.035

Plank, J., prof, Dr. Eng. Sci., Chair for Construction Chemistry, Technische Universität München, Garching, Germany

CURRENT STATUS AND FUTURE

TRENDS IN CONCRETE ADMIXTURE

TECHNOLOGY (PART I)

Планк Й., проф., доктор техн. наук, зав. кафедрой строительной химии,

Мюнхенский технический университет, Гархинг, Германия

СОВРЕМЕННЫЕ И БУДУЩИЕ

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ДОБАВОК К БЕТОНУ (ЧАСТЬ I)

Annotation

The article presents an overview of the modern

technology of admixtures production and the current

state of its development, describes the main technologies,

as well as the gaps that exist in each area. It also shows

the possibility of using PCE in difficult conditions. The

production and application of C-S-H-PCE nanocomposites

are reviewed. The forecasting of possible changes

in the future is given in conclusion.

Key words: Polycarboxylates (PCE),

superplasticizers, nanocomposites, admixtures, concrete

properties

Аннотация

В статье представлен обзор современной технологии

производства добавок и современного состояния

ее развития, описаны основные технологии, а также

выявлены пробелы, существующие в каждой области;

показаны возможности применения ПКЭ в сложных

условиях. Рассмотрено получение и применение нанокомпозитов

(нанофольги) C-S-H. В заключении предоставлен

прогноз возможных изменений в будущем.

Ключевые слова: Поликарбоксилаты (ПКЕ),

суперпластификаторы, нанокомпозиты, добавки,

свойства бетона

Introduction

Chemical admixtures constitute indispensable

ingredients for the production of modern advanced

concrete [1, 2]. In developed countries, at least 80 %

of the concrete produced contains one or several

admixtures. They include plasticizers, superplasticizers,

retarders, accelerators, stabilizers, defoamers, foamers,

shrinkage reducers, to name the most important classes.

With their help it is possible to optimize the properties

of fresh and hardened concrete in such way as to adapt

better to local climate and processing conditions and

to enhance the mechanical properties and durability.

Furthermore, highly sophisticated products such as

ultra-high strength concrete (UHPC) or self-levelling

and self-compacting concrete (SCC) became possible

only with the invention of specific high performance

admixtures [3, 4].

In this article, an overview of current admixture

technology and the state-of-art is provided. The main

technologies will be described and gaps existing in each

field will be identified. Finally, an outlook on potential

developments in the future will be provided.

Введение

Химические добавки являются незаменимыми

компонентами для производства современного

высокотехнологичного бетона [1, 2]. В развитых

странах практически в 80 % произведенного бетона

содержится одна или несколько добавок: пластификаторы,

суперпластификаторы, замедлители, ускорители,

стабилизаторы, воздухововлекающие добавки,

пеногасители и добавки, уменьшающие усадку. С их

помощью можно оптимизировать свойства бетонной

смеси и бетона с целью лучшей адаптации бетона к

локальным климатическим условиям и условиям обработки,

а также повысить его механические свойства

и долговечность. Кроме того, высокотехнологичная

продукция, такая как сверхвысокопрочные бетоны

(ВПБ) или самовыравнивающиеся и самоуплотняющиеся

бетонные смеси (СУБ), возникла благодаря

специальным высокоэффективным добавкам [3, 4].

В статье представлен обзор современной технологии

производства добавок и современного состояния

ее развития, описаны основные технологии, а

также выявлены пробелы, существующие в каждой

области. В заключении предоставлен прогноз возможных

изменений в будущем.

30 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Polycarboxylate (PCE) superplasticizers

1. Current PCE technology

PCE-based admixtures have taken an

unprecedented rise since their invention in 1981 [5].

It is estimated that in 2014, the global volume of PCE

produced exceeded 3 mio tons, based on 30 % liquid

concentration. Meanwhile, the term “PCE” includes a

huge variety of chemically often substantially different

polymers, with significant variances in performance

characteristics. In the following, the main classes of PCE

products on the market are described and their general

chemical composition is exhibited in Fig. 1.

MPEG-type PCEs: They constitute the first

type of PCE which was invented in Japan [6]. MPEG

PCEs can be synthesized either via aqueous free radical

copolymerization of methacrylic acid with an ω-methoxy

poly(ethylene glycol) methacrylate ester macromonomer

(this route is predominantly used by the industry) [7] or

by esterification (“grafting”) of short chain poly(meth)

acrylic acid with ω-methoxy poly(ethylene glycol) [8].

Note that both synthesis routes can lead to substantially

different products, even when exactly the same molar

ratios of monomers are used. Via esterification, a PCE

polymer exhibiting a regular (statistical) repartition

of side chains along the main chain is achieved while

from the copolymerization process, gradient polymers

exhibiting a decreasing side chain density along the

backbone chain are formed as a result of the higher

reactivity of the ester macromonomer versus methacrylic

acid [9]. Performance tests have revealed that in many

cases, gradient polymers perform better, because their

blocks of polymethacrylic acid allow higher adsorption

on cement. One major disadvantage of MPEG-PCEs is

their limited stability (especially when acrylate instead

of methacrylate ester macromonomers are used) which

derives from hydrolysis of the ester linkage between the

main and the side chain. Furthermore, the diol or diester

content present in the raw materials must be kept below

1 % to avoid undesirable crosslinking [10].

APEG-type PCEs: This kind is prepared via

free radical copolymerization from α-allyl-ω-methoxy

or ω-hydroxy poly(ethylene glycol) ether and maleic

anhydride or acrylic acid as key monomers, either in bulk

or in aqueous solution [11]. APEG-PCEs always possess a

strictly alternating monomer sequence (ABAB), because

the allyl ether macromonomer does not homopolymerize

as a consequence of mesomeric stabilization of the

allyl radical. This stabilization makes allyl ethers to

react rather slowly and can lead to low conversion rates

for the macromonomer. Polymerization in bulk works

well for side chain lengths of up to 34 EO units while

polymerization in water typically yields copolymers

possessing very short trunk chains (“star polymers”)

made of ~10 repeating units only which however were

found to exhibit superior dispersing performance.

The disadvantages of aqueous copolymerization are

longer reaction times, lower conversion rates and lower

concentration of the finished PCE solution.

Поликарбоксилатные (ПКЭ)

суперпластификаторы

1. Технология ПКЭ

Производство добавок на основе ПКЭ с момента

их появления в 1981 г. [5] неуклонно растет. Согласно

оценкам, в 2014 г. мировой объем производимых

ПКЭ превысил 3 млн т, исходя из 30 % концентрации

водных растворов. Между тем термин «ПКЭ» включает

в себя огромное количество зачастую химически

разных полимеров с различными эксплуатационными

свойствами. Ниже описываются основные

классы представленных на рынке ПКЭ продуктов, а

их общий химический состав показан на рис. 1.

ПКЭ МПЭГ-типа представляют собой первый

тип ПКЭ, который был изобретен в Японии [6]. ПКЭ

МПЭГ-типа могут быть синтезированы либо путем

свободнорадикальной сополимеризации метакриловой

кислоты со сложноэфирным макромономером

— метакрилатом ω-метоксиполиэтиленгликоля (этот

способ преимущественно используется в промышленности)

[7], либо путем этерификации («прививки»)

короткоцепочечной поли(мет)акриловой кислоты с

ω-метоксиполиэтиленгликолем [8]. Оба способа синтеза

могут привести к получению продуктов с различными

свойствами, даже если используются одни

и те же молярные доли мономеров. Получаемый по

методу этерификации полимер ПКЭ имеет регулярное

(статистическое) распределение боковых цепей

вдоль основной цепи, тогда как при сополимеризации

получаются градиентные полимеры, характеризующиеся

снижением плотности боковых цепей

вдоль основной цепи, что обусловлено более высокой

реакционной способностью сложноэфирного макромономера

по сравнению с метакриловой кислотой

[9]. Проверка технической эффективности показала,

что во многих случаях градиентные полимеры работают

лучше, потому что их блоки из полиметакриловой

кислоты позволяют увеличить адсорбцию на

продуктах гидратации цемента. Одним из основных

недостатков МПЭГ-ПКЭ является их ограниченная

стабильность (особенно при использовании акрилата

вместо метакрилатного макромономерного эфира) в

результате гидролиза эфирной связи между основной

и боковой цепями. Кроме того, во избежание нежелательного

перекрестного связывания [10] содержание

диола или диэфира в сырьевых материалах должно

быть ниже 1 %.

ПКЭ АПЭГ-типа получают путем свободнорадикальной

сополимеризации из α-аллил-ω-метоксиили

ω-гидроксиполиэтиленгликолевого эфира и малеинового

ангидрида или акриловой кислоты в качестве

основных мономеров либо в массе, либо в водном

растворе [11]. ПКЭ АПЭГ-типа всегда имеют строго

чередующуюся последовательность мономеров

(ABAB), поскольку макромономер аллилового эфира

не гомополимеризуется вследствие мезомерной стабилизации

аллильного радикала. Эта стабилизация заставляет

аллиловые эфиры реагировать довольно медленно

и может приводить к низким коэффициентам

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

31


concrete | бетон

Initially, APEG-PCEs suffered from a reputation

of causing delayed plastification (i.e. the slump

of concrete first increased over ~30 min to reach a

maximum, and then dropped). Meanwhile, this problem

has been solved, for example by incorporation of specific

comonomers as spacer mole-cules such as styrene or

allyl maleate which can modulate the conformational

flexibility of the trunk chain [12]. This method provides

PCE molecules with pronounced stiffness which can

adsorb faster and thus avoid the effect of delayed

plastification.

VPEG-type PCEs: Such PCEs are obtained by

aqueous free radical copolymerization of e.g. 4-hydroxy

butyl poly(ethylene glycol) vinyl ether and maleic

anhydride or acrylic acid [13]. Their polymerization

must be conducted at temperatures < 30 °C to avoid

vinyl ether monomer degradation. As a result, a specific

low temperature initiator such as Vazo 50® (2, 2’-Azobis

(2-methyl propionamidine) dihydrochloride) is required.

The advantage of the vinyl over the allyl ether technology

is the much higher reactivity of vinyl ethers.

HPEG-type PCEs: Here, α-methallyl-ωmethoxy

or ω-hydroxy poly(ethylene glycol) are used

as macromonomers in copolymerization with e.g.

acrylic acid [14]. This kind of PCE which is easy to

manufacture in large industrial scale emerged a few

years ago, especially in China. There, even a process has

been developed where copolymerization is performed

at room temperature and is applied in many factories

[15]. Most HPEG-PCEs can outperform the MPEG- or

APEG-PCEs with respect to their dispersing ability.

IPEG-type PCEs: This type of PCE (sometimes

also referred to as TPEG-PCE) is synthesized

from isoprenyl oxy poly(ethylene glycol) ether as

macromonomer by copolymerization with e.g. acrylic

acid [16]. In recent years, this PCE has become quite

popular, especially in Japan and China, because of its

excellent performance which often exceeds that of any

other type of PCE, and its simple preparation utilizing

free radical copolymerization. A disadvantage of IPEG-

PCEs is their potential to decompose into isoprene, water

and glycol [17]. To prevent this undesired process, the

IPEG macromonomer and the IPEG-PCE should not be

handled in bulk, but always kept in aqueous solution.

XPEG-type PCEs: It has been established

before that the ability of an individual PCE molecule

to cover as much surface area on cement as possible

directly correlates to its dosage [18]. Hence, polymers

which stretch out further on the surface are believed

to present more effective PCEs. Following this concept,

slightly crosslinked PCE molecules utilizing diesters (e.g.

synthesized from PEG and methacrylic acid or maleic

anhydride) were shown to provide enhanced dispersion

[19]. Moreover, hyperbranched and dendrimeric PCE

polymers which present an interesting new approach

were suggested using polycarboxylated polyglycerols [20].

PAAM-type PCEs: These zwitterionic PCEs

possess mixed side chains composed of polyamidoamine

конверсии макромономера. Полимеризация в массе

хорошо подходит для боковых цепей длиной до 34

единиц ЭО, а при полимеризации в воде обычно получаются

сополимеры, имеющие очень короткие основные

цепи («звездообразные полимеры»), состоящие

примерно из десяти повторяющихся единиц; как

было обнаружено, только такие полимеры обладают

превосходными диспергирующими свойствами. К недостаткам

водной сополимеризации относятся более

длительное время реакции, более низкая конверсия

и меньшая концентрация готового раствора ПКЭ.

Изначально ПКЭ АПЭГ-типа зарекомендовали

себя как продукт с замедленным пластифицирующим

действием (т. e. осадка конуса бетонной смеси сначала

увеличивалась примерно за 30 мин до максимума,

затем падала). Между тем эта проблема была решена,

например, путем включения определенных сомономеров

в виде молекул-спейсеров, таких как стирол

или аллилмалеат, которые способны изменять конформационную

гибкость основной цепи [12]. Этот

метод придает молекулам ПКЭ выраженную жесткость,

которая позволяет ускорить процесс адсорбции

и, таким образом, избежать эффекта замедленной

пластификации.

ПКЭ ВПЭГ-типа получают путем водной

свободнорадикальной сополимеризации, например,

4-гидроксибутилполи(этиленгликоль) винилового

эфира и малеинового ангидрида или акриловой кислоты

[13]. Их полимеризация должна происходить

при температурах < 30 °C во избежание разложения

мономера винилового эфира. В результате требуется

специфический низкотемпературный инициатор, такой

как Vazo 50® (2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)

дигидрохлорид). Технологическое преимущество винилового

эфира над аллиловым заключается в гораздо

большей реакционной способности первого.

ПКЭ ЭйчПЭГ-типа: В этом случае α-металлилω-метокси-

или ω-гидроксиполи(этиленгликоль) используют

в качестве макромономеров при сополимеризации,

например с акриловой кислотой [14]. Этот

тип ПКЭ, который легко производить в крупном промышленном

масштабе, появился несколько лет назад,

и особенно распространен в Китае. Там даже был

разработан процесс, который нашел применение на

многих фабриках, где сополимеризация происходит

при комнатной температуре [15]. Большинство ПКЭ

ЭйчПЭГ-типа могут превосходить ПКЭ МПЭГ- или

АПЭГ-типов по своей диспергирующей способности.

ПКЭ ИПЭГ-типа (иногда также называемый

ПКЭ-ТПЭГ) синтезируется из изопреноксиполиэтиленгликолевого

эфира в качестве макромономера путем

сополимеризации, например с акриловой кислотой

[16]. За последние годы этот ПКЭ стал довольно

популярным, особенно в Японии и Китае, благодаря

своим превосходным свойствам, которые зачастую

превосходят свойства ПКЭ любого другого типа, а

также из-за простоты приготовления с использованием

свободнорадикальной сополимеризации. Недостатком

ПКЭ ИПЭГ-типа является возможность их

32 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

(PAAM) and PEO segments. This structural motif

distinguishes them fundamentally from all other PCEs

which exclusively contain PEO/PPO side chains. The

PAAM-type PCE is said to fluidify cement at w/c ratios

as low as 0.12 [21]. Its disadvantage is the high cost of

the PAAM side chain.

разложения на изопрен, воду и гликоль [17]. Во избежание

этого нежелательного процесса, макромономер

ИПЭГ и ПКЭ типа ИПЭГ не следует обрабатывать в

массе, а всегда хранить в водном растворе.

Fig. 1: Chemical structures of the different classes of PCE

products currently produced by the industry

Рис. 1. Химические структуры различных типов ПКЭ,

выпускаемых промышленностью в настоящее

время

2. New PCE products

Industrial and academic researchers continue

to develop and introduce new and improved polymers,

inspite of the great diversity of already existing PCE

products. Those include:

Organo-silane (OSi) modified PCEs: They can

be prepared by incorporating either 3-trimethoxysilyl

propyl methacrylate (MAPTMS) or N-maleic

γ-amidopropyl triethoxy silane (MAPS) as a new

comonomer into a conventional PCE, e.g. the MPEGtype

(Fig. 2) [22, 23]. The consideration behind this

concept was to achieve a chemical bond between

C-S-H and the superplasticizer, made possible through

condensation of silanol (-Si-OH) groups present in both

compounds. If formed, such a bond would anchor the

PCE molecule irreversibly on the surface of hydrating

cement and prevent its desorption e.g. by sulfate ions or

anionic retarders resulting from competitive adsorption.

ПКЭ ХПЭГ-типа: было установлено, что способность

отдельной молекулы ПКЭ покрывать максимально

возможную площадь поверхности цемента

напрямую зависит от дозировки [18]. Считается, что

полимеры, которые распространяются дальше по поверхности,

представляют собой более эффективные

ПКЭ. Следуя этой концепции, было продемонстрировано,

что слабо сшитые молекулы ПКЭ, полученные

при использовании диэфиров (например, синтезированные

из ПЭГ и метакриловой кислоты или

малеинового ангидрида), обладают повышенной диспергирующей

способностью [19]. Кроме того, были

предложены гиперразветвленные и дендримерные

ПКЭ-полимеры, представляющие собой интересный

новый подход с использованием поликарбоксилированных

полиглицеринов [20].

ПКЭ ПААМ-типа. Эти цвиттерионные ПКЭ

содержат смешанные боковые цепи, образованные

из сегментов полиамидоамина (ПAAM) и ПЭО, что

принципиально отличает их от всех других ПКЭ, которые

содержат исключительно боковые цепи ПЭО/

ППО. По имеющимся данным, ПКЭ ПААМ-типа разжижают

цементное тесто с В/Ц до значения 0,12 [21].

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

33


concrete | бетон

Phosphated (PHOS) PCEs: Superplasticizers

generally achieve their dispersing power through

adsorption on the surface of cement, especially on

ettringite [24]. Such adsorption is facilitated through

anionic anchoring groups which typically include

carboxylate or dicarboxylate groups. Some years ago

it has been shown that phosphonate presents a more

powerful anchoring group than carboxylate [25]. Very

recently, novel superplasticizers have been presented

which incorporate phosphate as an anchoring group [26,

27]. Phosphatation can be accomplished by esterification

of e.g. hydroxyethyl methacrylate with phosphoric acid,

leading to the PCE copolymer shown in Fig. 2. The

phosphated PCEs are said to adsorb on cement almost

instantaneously which presents a major advantage in

specific concrete and dry-mix mortar applications.

Furthermore, they appear to be more sulfate-tolerant,

compared to conventional PCE superplasticizers, and

often require lower dosages [28].

PCEs from macroradicals: Current PCE

technology relies on the availability of macromonomers

for the copolymerization process or of specific shortchain

poly(meth) acrylic acid as backbone for the grafting

(esterification) reaction. This limitation can be overcome

by a new preparation method involving macroradicals

which presents a much simplified synthesis method

compared to convential PCE preparation.

In a typical example, common ω-methoxy

poly(ethylene glycol) is reacted with maleic anhydride

in the presence of benzoyl peroxide (BPO) as initiator

whereby an MPEG macroradical is formed which

Недостатком является высокая стоимость боковой

цепи ПААМ.

2. Новые ПКЭ продукты

Несмотря на большое разнообразие уже существующих

ПКЭ продуктов, исследователи в производственных

и научных лабораториях продолжают

разрабатывать и внедрять новые и улучшенные полимеры.

К ним относятся:

Органо-силановые (ОСи) модифицированные

ПКЭ: они могут быть получены включением либо

3-(триметоксисилил)пропилметакрилата (ТМСПМА),

либо N-малеоил-γ-амидопропилтриэтоксисилана

(МАПТЭС) в качестве нового сомономера в обычный

ПКЭ, например МПЭГ-типа (рис. 2) [22, 23]. Смысл

этой концепции заключается в достижении химической

связи между C-S-H и суперпластификатором,

что стало возможным благодаря конденсации групп

силанола (-Si-OH), присутствующих в обоих соединениях.

При формировании такая связь необратимо

закрепит молекулу ПКЭ на поверхности цемента в

процессе гидратации и предотвратит ее десорбцию,

например, с помощью сульфатных ионов или анионных

замедлителей, появляющихся в результате конкурирующей

адсорбции.

Фосфатированные (ФОС) ПКЭ. Диспергирующая

способность суперпластификаторов обычно

достигается путем адсорбции на поверхности цемента,

особенно на эттрингите [24]. Анионные анкерные

Fig. 2. Examples of organo-silane modified (OSi-), phosphate- (PHOS-) and macroradical-based (MR-) PCE

Рис. 2. Примеры ПКЭ: органо-силановые модифицированные (Оси-ПКЭ), фосфатированные (ФОС-ПКЭ) и на основе макрорадикалов

(МР-ПКЭ)

34 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

then can polymerize with maleic anhydride to form

a PCE structure [29]. In this polymer, MPEG provides

the backbone as well as the side chain while maleic

anhydride delivers the carboxylate anchoring group

and the linkage to the side chain (Fig. 2).

Brown coal-based superplasticizer: Recently

it has been presented that even alkaline extracts from

ordinary brown coal (so-called “caustic lignite”) can be

used to synthesize effective concrete superplasticizers [30,

31]. There, e.g. (meth)acrylic acid or a combination of

(meth)acrylic acid and 2-acrylamido-2-tert-butyl sulfonic

acid (ATBS) are grafted onto a lignite backbone yielding

a comb polymer whereby the homo- or copolymerized

monomers constitute the side chain while lignite

presents the backbone (Fig. 3). These superplasticizers

are simple to produce from inexpensive and abundant

raw materials, and can match the performance of

polycondensate-based superplasticizers such as BNS or

MFS, but not that of PCE polymers.

группы, которые обычно включают карбоксилатные

или дикарбоксилатные группы, облегчают процесс

адсорбции. Как было показано, фосфонат представляет

собой более мощную анкерную группу, чем

карбоксилат [25]. Совсем недавно были представлены

новые суперпластификаторы, которые включают

в себя фосфат в качестве анкерной группы [26, 27].

Фосфатирование может быть осуществлено путем

этерификации, например, гидроксиэтилметакрилата

с фосфорной кислотой, в результате чего получается

сополимер ПКЭ, показанный на рис. 2. Фосфатированные

ПКЭ адсорбируются на цементе почти

мгновенно, что является основным преимуществом

в специфичных областях применения бетона и сухих

смесей. Более того, они, по-видимому, более устойчивы

к сульфату по сравнению с обычными суперпластификаторами

ПКЭ и зачастую для них требуются

более низкие дозы [28].

Fig. 3. Chemical structure of a lignite-based superplasticizer holding side chains of acrylic acid-co-ATBS

Рис. 3. Химическая структура суперпластификатора на основе лигнита с боковыми цепями акриловой кислоты —co-ATBS

3. Tayloring PCEs to

Specific Applications

Recently, substantial progress has been made in

the optimization of current PCE products for difficult

applications. Those include concretes of particularly

low w/c ratios (< 0.30), the compatibility of PCEs with

ПКЭ из макрорадикалов. Существующая технология

ПКЭ основана на доступности для процесса

сополимеризации макромономеров или определенной

короткоцепочечной поли(мет)акриловой кислоты

в качестве основы для реакции прививки (этерификации).

Это ограничение можно преодолеть с помощью

нового метода получения с участием макрорадикалов,

который представляет собой упрощенный

способ синтеза по сравнению с приготовлением ПКЭ.

36 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

specific cements which are hard to fluidify, and the

compatibility of PCEs with clay contaminants occurring

in aggregates.

Stickiness of concrete at low w/c ratio: The

problem of stickiness and slow flow of concrete prepared

at low w/c ratio is well-known and was solved as follows:

it was found that the hydrophilic-lipophilic balance

(HLB) value of a PCE molecule determines whether the

concrete admixed with this polymer exhibits slow or fast

flow [32]. According to this study, PCE molecules should

be as hydrophilic as possible and their HLB value should

be > 18.5. Such PCEs (preferably of IPEG- and APEGtype)

produce cement pastes with particularly low plastic

viscosity and exhibit fast flow without any stickiness.

Such rheologically optimized concrete is easier to pump,

spread and compact and presents a huge step forward

in improving the workability of high-strength concretes

of low w/c ratios.

Cement compatibility of PCEs: Applicators of

PCEs are familiar with the fact that some cements

seem to be “incompatible” with PCEs, i.e. even at high

dosages (> 1 %) no reasonable fluidity of the concrete is

achieved. Analysis of this problem led to the conclusion

that most PCEs act as morphological catalyst for

ettringite, meaning that they can modulate its crystal

growth in such way that significantly smaller, nanosized

crystals are formed in the presence of PCEs [33].

For example, it was observed that especially MPEG-

PCEs reduce the length of early ettringite crystals to

~600–900 nm, versus ~2 µm for the ettringite grown in

the absence of PCE [34]. The smaller crystals however

provide a much higher surface area which needs to be

occupied by adsorbed PCE molecules to achieve high

fluidity. Consequently, in such case a much increased

PCE dosage of 2 % or even more is required which

makes applicators to think that an incompatibility

between those cements and PCEs exists. The study also

suggests that such “incompatibility” can only occur for

cements which contain > 5 % C3A and thus produce an

enormous amount of ettringite [35]. It can be avoided

by admixing PCE polymers which do not impact much

on the crystal growth of ettringite such as e.g. APEG-

PCEs. The main lesson learnt from this investigation

is that a better knowledge of the factors impacting the

crystal growth of early ettringite will greatly improve

our understanding of cement — admixture interaction.

For this reason, recently ettringite crystallization has

been studied under zero gravity conditions on parabolic

flights. There, because of the absence of convection,

generally smaller, but a larger number of crystals which

exhibit fewer defects are formed [36, 37].

Enhanced clay tolerance: Over the last years,

applicators have observed that PCE superplasticizers

— unlike polycondensates — exhibit a pronounced

sensitivity to clay and silt contaminants [38–40]. As

a result, their performances are greatly reduced or the

PCEs become entirely ineffective. Montmorillonite, a 2:1

smectite clay, has been found to be more harmful than

other clay minerals such as kaolinites or muscovites

[41, 42]. Generally, the capacity of clays to sorb water,

В типичном примере стандартный

ω-метоксиполи(этиленгликоль) подвергают взаимодействию

с малеиновым ангидридом в присутствии

бензоилпероксида (БПО) в качестве инициатора, в

результате чего образуется макрорадикал МПЭГ, который

затем может полимеризоваться с малеиновым

ангидридом с образованием структуры ПКЭ [29]. В

этом полимере МПЭГ обеспечивает основную и боковую

цепи, а ангидрид малеиновой кислоты дает

карбоксилатную закрепляющую группу и связь с

боковой цепью (рис. 2).

Суперпластификатор на основе бурого угля.

Оказалось, что щелочные экстракты обычного бурого

угля (так называемый каустический лигнит) могут

быть использованы для синтеза эффективных суперпластификаторов

для бетона [30, 31]. Например, (мет)

акриловую кислоту или комбинацию (мет)акриловой

кислоты и 2-акриламидо-2-третбутилсульфокислоты

(ATБС) прививают на лигнитный скелет, получая

гребенчатый полимер, при условии, что гомо- или

сополимеризованные мономеры образуют боковую

цепь, а лигнит представляет собой основную цепь

(рис. 3). Эти суперпластификаторы просты в изготовлении

из недорогого и доступного сырья и могут

соответствовать характеристикам суперпластификаторов

поликонденсационного типа, таких как ПНС

или МФС, но не характеристикам ПКЭ полимеров.

3. Адаптация ПКЭ для применения

в различных областях

В последнее время был достигнут существенный

прогресс в вопросе оптимизации существующих

продуктов ПКЭ для их применения в сложных условиях.

Сюда относятся бетоны с крайне низким В/Ц

соотношением (< 0,30), совместимость ПКЭ с особыми

цементами, которые трудно поддаются разжижению,

и совместимость ПКЭ с глинистыми загрязняющими

веществами, встречающимися в заполнителях.

Вязкость бетонной смеси при низком В/Ц

соотношении. Проблема вязкости и медленного расплыва

бетонной смеси, приготовленного при низком

В/Ц соотношении, была решена следующим образом.

Было установлено, что значение гидрофильно-липофильного

баланса (ГЛБ) молекулы ПКЭ определяет,

какой расплыв — медленный или быстрый — имеет

смешанная с этим полимером бетонная смесь [32]. Молекулы

ПКЭ должны быть максимально гидрофильными,

а их значение ГЛБ должно быть > 18,5. Такие

ПКЭ (предпочтительно типа ИПЭГ и АПЭГ) позволяют

получить цементное тесто с особенно низкой

пластической вязкостью и демонстрируют быстрый

расплыв без какого-либо налипания. Реологически

оптимизированную бетонную смесь легче перекачивать,

укладывать и уплотнять. Это огромный шаг

вперед в вопросе повышения удобоукладываемости

высокопрочных бетонных смесей с низким водоцементным

отношением.

Совместимость цементов с ПКЭ. Некоторые

цементы кажутся «несовместимыми» с ПКЭ: даже

при высоких дозировках добавки (> 1 %) приемлемая

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

37


concrete | бетон

hydrate and swell leads to more viscous cement pastes.

This effect results in a loss in workability or a higher

water demand, independent of whether a superplasticizer

is present or not.

Previous research has established that in

cement pore solution, the surfaces of bentonite clay

particles become positively charged as a result of Ca 2+

adsorption onto the negative alumosilicate layers. Onto

these surfaces, polyanionic superplasticizers such as

polycondensates or polycarboxylates adsorb, thus

resulting in a partial depletion of superplasticizer

from the pore solution. This way, clay competes with

cement for superplasticizer molecules. Moreover, PCE

polymers can intercalate chemically into the interlayer

space between the individual alumosilicate layers of

specific clay minerals, especially montmorillonite

(bentonite), resulting in an organo-mineral phase

whereby their poly(ethylene glycol) side chains occupy

the interlayer space, as is shown in Fig. 4. This reaction

with clay is specific for PCEs and is a consequence

of their PEO side chains, as was evidenced by XRD

measurements [43]. Consequently, PCEs can be used

up by clay by both surface adsorption and chemical

sorption whereas polycondensates such as BNS are

consumed only by surface interaction [44, 45]. This

explains why PCEs are significantly more affected by

clay than polycondensates.

The industry has developed several strategies to

mitigate the negative effects of clay on PCEs. The first

concept includes the use of sacrificial agents.

Analysis of sorbed amounts of individual PCE

constituents (backbone, represented by poly(methacrylic

acid) and side chain, represented by poly(ethylene glycol))

revealed that the side chain sorbs in large amounts on

clay (~400 mg MPEG/g clay) while the polymer trunk

is consumed much less (~30 mg PMA/g clay) [43]. This

not only signifies that the PEO side chain present in PCE

provides the main interaction with clay; it also offers a

remedy for the problem whereby pure PEG or MPEG

are utilized as sacrificial agents to occupy the interlayer

spaces while the PCE molecule which exhibits a lower

tendency to intercalate as a result of its anionic charge

is preserved and can thus interact with the cement to

achieve dispersion [44]. As another remedy, addition

of cationic polymers which inhibit the swelling of clay

entirely has been proposed [46]. This method offers

the advantages of zero water consumption because the

clay will not hydrate at all. Additionally, the interlayer

spacing will not be accessible for the PCEs.

Obviously, the best solution to the incompatibility

problem of PCE and clay would be a novel PCE structure

which does not contain PEO side chains. Recently, such

polymers have been synthesized using either hydroxy

alkyl esters of methacrylic acid or vinyl ethers as side

chain bearing macromonomers [47, 48]. Utilizing

XRD analysis, it was found that indeed these novel

polycarboxylates do not undergo side chain intercalation

with clay and adsorb in small quantity only (~25 mg

polymer/g clay). Consequently, they exhibit robust

подвижность бетонных смесей не достигается. Как

показали исследования, большинство ПКЭ действуют

на эттрингит как морфологический катализатор, регулируя

рост его кристаллов: в присутствии ПКЭ образуются

значительно меньшие, наноразмерные кристаллы

[33]. Было замечено, что МПЭГ-ПКЭ особенно

уменьшают длину кристаллов раннего эттрингита —

до ~600–900 нм, в отличие от эттрингита, выращенного

в отсутствие ПКЭ, где показатель составляет ~2

мкм [34]. Однако кристаллы меньшего размера обеспечивают

гораздо большую площадь поверхности,

которая должна быть занята адсорбированными молекулами

ПКЭ для получения высокой текучести.

Следовательно, требуется увеличенное содержание

ПКЭ — до 2 % или даже больше, что заставляет пользователей

думать о том, что существует несовместимость

между этими цементами и ПКЭ. Такая «несовместимость»

может иметь место только в случае с

цементами, содержащими > 5 % C3A и, таким образом,

производящими огромное количество эттрингита

[35]. Этого можно избежать, смешивая полимеры

ПКЭ, которые не особенно влияют на рост кристаллов

эттрингита, например такие, как АПЭГ-ПКЭ. Таким

образом, дальнейшее изучение факторов, влияющих

на рост кристаллов раннего эттрингита, значительно

улучшит наше понимание взаимодействия цемента с

добавкой. Так, была изучена кристаллизация эттрингита

в условиях невесомости при параболических

полетах. Ввиду отсутствия конвекции, как правило,

образуется большее количество кристаллов меньшего

размера с меньшим количеством дефектов [36, 37].

Повышенная устойчивость к глине. В последние

годы пользователи замечали, что ПКЭ, в отличие

от суперпластификаторов поликонденсационного

типа, проявляют ярко выраженную чувствительность

к глиняным и иловым загрязнителям [38–40].

В результате их технические характеристики значительно

снижаются, или ПКЭ становятся полностью

неэффективными. Было обнаружено, что монтмориллонит,

смектитовая глина 2:1, более вредна, чем

каолиниты или мусковиты [41, 42]. Как правило, способность

глин абсорбировать воду, гидратироваться

и набухать приводит к образованию более вязкого цементного

теста, а следовательно, к ухудшению удобоукладываемости

или к более высокой потребности в

воде, независимо от наличия суперпластификатора.

Как показывают исследования, в жидкой фазе

цементного теста поверхности частиц бентонитовой

глины становятся положительно заряженными в результате

адсорбции Са 2+ на отрицательно заряженных

слоях алюмосиликатов. На этих поверхностях

адсорбируются полианионные суперпластификаторы

— поликонденсаты или поликарбоксилаты, что

приводит к частичному снижению содержания суперпластификатора

в поровой жидкости. Таким образом,

глина может конкурировать с цементом по

молекулам суперпластификатора. Кроме того, полимеры

ПКЭ могут химически интеркалировать в

межслоевое пространство между отдельными слоями

алюмосиликата определенных глинистых минералов,

особенно монтмориллонита (бентонита), что

38 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Clay platelet //

Пластинки глины

Surface

adsorption //

Поверхностная

адсорбция

1.77 nm

PCE // ПКЭ

1) Silanol groups of montmorillonite layer //

Силанольные группы слоя монтмориллонита

2) Interlayer water as bridging molecules //

Межслоевая вода в качестве перекрывающих молекул

3) Polyglycol // Полигликоль

4) Interlayer water as bridging molecules //

Межслоевая вода в качестве перекрывающих молекул

5) Silanol groups of montmorillonite layer //

Силанольные группы слоя монтмориллонита

Fig. 4. Fundamental types of interaction between PCE and

montmorillonite clay (top) and chemical sorption

(intercalation) of a poly(ethylene glycol) side chain in

between alumosilicate layers (bottom)

Рис. 4. Основные типы взаимодействия между ПКЭ

и монтмориллонитовой глиной (сверху) и

химическая сорбция (интеркаляция) боковой цепи

поли(этиленгликоля) между слоями алюмосиликата

(снизу)

performance even in the presence of clay contaminants.

This behavior perfectly confirms the concept of non-PEO

side chains as a remedy for the intercalation problem of

conventional PCEs into clay structures.

To be continued in No. 2 (51) 2018

Alumosilicate layer //

Алюмосиликатный слой

Intercalation //

Интеркаляция

Alumosilicate layer of Montmorillonite //

Алюмосиликатный слой монтмориллонита

Si O Si O Si O Si O Si O Si

O-

O-

OH OH OH

O-

O O O

( CH

CH 2

CH CH

2

O

2

O

CH 2

O

CH CH 2

CH 2

2

O

2

)

n

H

O

O

H

H

O

O

OH OH O

OH

O

O- O-

Si O Si O Si O Si O Si O Si

Alumosilicate layer of Montmorillonite //

Алюмосиликатный слой монтмориллонита

H

H

O

H

}

}

}

}

}

1

2

3

4

5

приводит к образованию органоминеральной фазы, в

которой их боковые цепи поли(этиленгликоля) занимают

межслоевое пространство, показанное на рис. 4.

Такая реакция с глиной считается специфичной для

ПКЭ и является следствием наличия в них боковых

цепей ПЭО, о чем свидетельствуют измерения рентгеновской

дифрактометрии [43]. Следовательно, ПКЭ

могут связываться глиной по механизму как поверхностной,

так и химической адсорбции, тогда как поликонденсаты,

такие как ПНС, поглощаются только

путем поверхностного взаимодействия [44, 45]. Это

объясняет, почему ПКЭ гораздо больше подвержены

воздействию глины, чем поликонденсаты.

В отрасли разработано несколько стратегий

по смягчению неблагоприятного воздействия глины

на ПКЭ. Первая из них основана на использовании

жертвенных частиц.

Анализ сорбированного количества отдельных

компонентов ПКЭ (основная цепь, представленная

поли(метакриловой кислотой), и боковой цепью, состоящей

из поли(этиленгликоля)) показал, что боковая

цепь сорбируется на глине в больших количествах

(~400 мг МПЭГ/г глины) в то время как полимерная

основная цепь связывается значительно меньше

(~30 мг ПМК/г глины) [43]. Это не только означает, что

боковая цепь ПЭО, присутствующая в ПКЭ, обеспечивает

основное взаимодействие с глиной, но также

предлагает способ устранения проблемы, при которой

чистые ПЭГ или МПЭГ используются в качестве

жертвенных частиц, чтобы занять межслоевые пространства,

в то время как молекула ПКЭ, которая демонстрирует

меньшую склонность к интеркаляции

вследствие своего анионного заряда, сохраняется и

может, таким образом, взаимодействовать с цементом,

обеспечивая диспергирование [44]. В качестве

другого средства было предложено добавление катионных

полимеров, которые полностью ингибируют

набухание глины [46]. Преимуществом этого метода

является нулевое потребление воды, потому что

глина совсем не будет поглощать воду. Кроме того,

межслоевое расстояние будет вне досягаемости ПКЭ.

Очевидно, что лучшим решением проблемы несовместимости

ПКЭ и глины будет новая структура

ПКЭ, которая не содержит боковых цепей ПЭО. Недавно

такие полимеры были синтезированы с использованием

либо гидроксиалкиловых эфиров метакриловой

кислоты, либо виниловых эфиров в качестве

макромономеров с боковой цепью [47, 48]. Рентгенодифракционный

анализ показал, что боковые цепи

этих новых поликарбоксилатов не интеркалируются

глиной и адсорбируются только в небольшом количестве

(~25 мг полимера/г глины). Следовательно, они

демонстрируют надежное функционирование даже

при наличии глины. Такое поведение подтверждает

концепцию боковых цепей, не являющихся ПЭО, в

качестве средства для решения проблемы встраивания

обычных ПКЭ в глинистые структуры.

Продолжение в № 2 (51) 2018

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

39


concrete | бетон

UDC // УДК 691.32

Vovk, A. I., Dr. Eng. Sc., Senior Researcher, Director of the Scientific and

Technical Center of JSC Polyplast, Novomoskovsk, Russia

INFLUENCE OF CHEMISTRY OF

PLASTICIZERS ON CEMENT ECONOMY

IN READY-MIX CONCRETE

Вовк А. И., доктор технических наук, старший научный сотрудник, директор

Научно-технического центра АО «Полипласт», Новомосковск, Россия

ВЛИЯНИЕ ХИМИИ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ

ДОБАВОК НА ЭКОНОМИЮ

ЦЕМЕНТА В ТОВАРНОМ БЕТОНЕ

Abstract

This paper examines the effectiveness of

various types of superplasticizers for reducing cement

consumption in ready-mix concrete of given compressive

strength classes. The absence of a strict correlation

between w/c and concrete strength with admixtures was

revealed. The observed phenomenon was considered from

the standpoint of the chemistry of concrete microstructure

formation in the presence of admixtures (changes in both

pore liquid and cement hydrates composition).

Key words: w/c law, superplasticizer type, concrete

strength, cement economy

Аннотация

Изучена эффективность различных типов суперпластификаторов

по снижению расхода цемента

для получения товарных бетонов заданных классов

по прочности на сжатие. Выявлено отсутствие строгой

корреляции между В/Ц и прочностью бетона с добавками.

Наблюдаемое явление рассмотрено с позиций

химии формирования микроструктуры бетона в присутствии

добавок (изменения как состава жидкой фазы,

так и состава новообразований).

Ключевые слова: закон В/Ц, тип суперпластификатора,

прочность бетона, экономия цемента

Introduction

In the first decades of the last century, on the

basis of a statistical analysis of the factors affecting the

strength of concrete, the dependence of the compressive

strength on the water-cement ratio (w/c), called Abrams’

law, was revealed [1] (in our country such a dependence

is known as the Bolomey formula [2], and the argument

is the inverse value— c/w). By taking into account the

water-demand constancy rule, the w/c law made it possible

to link the workability of the concrete mix and the

strength of mature concrete, providing an understandable

approach to the concrete design.

In the second half of the twentieth century, the era

of superplasticizers (SP) began in concrete technology,

without which many modern materials such as SCC,

HPC, UHPC, RPC, etc. would not be possible. To explain

the principles of the SP application, a simplified but

evident diagram is proposed (Fig. 1). According to it,

the application of the SP contributes to improvement of

the fresh concrete slump with unchanged w/c ratio and

strength, or with a unchanged slump (and decreased w/c),

a significant increase in strength, or a complex effect with

Введение

В первые десятилетия прошлого века на основании

статистического анализа факторов, влияющих на

прочность бетона, была выявлена зависимость прочности

на сжатие от водоцементного (В/Ц) отношения, получившая

название закона Абрамса [1] (в нашей стране

подобная зависимость известна под названием формулы

Боломея [2], и аргументом выступает обратная величина

— Ц/В). С учетом правила постоянства водопотребности

закон В/Ц позволил увязать удобоукладываемость

бетонной смеси и прочность зрелого бетона, обеспечив

понятный подход к проектированию составов тяжелых

бетонов.

Во второй половине XX века в технологии бетона

началась эра суперпластификаторов (СП), без которых

были бы невозможны многие современные материалы

— СУБ, HPC, UHPC, RPC и др. Для объяснения принципов

применения СП была предложена упрощенная,

но наглядная схема (рис. 1). Согласно ей, с использованием

СП возможно либо повышение подвижности бетонных

смесей при неизменных В/Ц и прочности, либо

при неизменной осадке конуса (и В/Ц) значительное

40 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

повышение прочности, либо — комплексный эффект с

одновременным частичным повышением подвижности

и прочности при некотором снижении В/Ц. Подразумевается,

что при снижении В/Ц за счет СП не нарушаются

характерные для данных материалов соотношения

между В/Ц и прочностью бетона, т. е. роль СП является

чисто механической (корректировка В/Ц).

Fig. 1. Diagram of directions of application of the SP in concrete

Рис. 1. Схема направлений использования СП в бетонах

a simultaneous partial increase in slump and strength

with a slight decrease in w/c. In this case, it is implied that

when the w/c ratio is reduced due to the SP the relations

between w/c and the strength of concrete, characteristic

for these materials, are not violated, that is, the role of

the SP is purely mechanical (correction of w/c).

In the early 1980s, Professor F. M. Ivanov, whose

role in the development of chemical admixtures in our

country, in the opinion of the author, is undeservedly

forgotten, proposed to evaluate not only the plasticizing,

but also the “strength effect” of the SP. The proposal has

not developed, but now, when the mechanisms of action

of the admixtures are studied in sufficient detail, this

position can be easily illustrated by the following diagram

(Fig. 2). Although the decrease in w/c is placed in the first

line, it is only one of the factors affecting the concrete

strength. The factor is the most visible and easily defined,

but by no means the only one determining.

Mechanical factor //

Механический фактор

В начале 1980-х годов профессором Ф. М. Ивановым,

чья роль в развитии химических добавок в нашей

стране, на мой взгляд, незаслуженно забывается, предлагалось

оценивать не только пластифицирующий, но и

«прочностной эффект» СП. Предложение не получило

развития, но сейчас, когда механизмы действия добавок

изучены достаточно подробно, это положение можно

легко проиллюстрировать следующей схемой (рис. 2).

Снижение В/Ц, хотя и помещено в первой строке, является

только одним из факторов, влияющих на прочность

бетона. Фактором, наиболее наглядным и легко

определяемым, но отнюдь не определяющим.

Какие практические выводы следуют из этого

рисунка? Величину водоредуцирования технологи

на заводах устанавливают сами, выбирая тип добавок

(которые, конечно, различаются по своему эффекту) и

назначая их дозировку. Проблема избыточного воздухововлечения

на используемых материалах и составах

также легко выявляется, и с ней можно бороться, применяя

пеногасители, а вот оперативно выявить или

спрогнозировать химический эффект добавки невозможно.

Его можно установить только эмпирически…

но через 28 суток!

На чем основан столь пессимистичный вывод?

Начнем с того, что реальный состав портландцемента

технологам бетона, как правило, неизвестен. В лучшем

случае в паспортах иногда приводят расчетный состав

Decrease in w/c (and the expected

increase in strength) // Снижение В/Ц

(и предполагаемое повышение

прочности)

Plasticizer //

Пластификатор

Physical factor //

Физический фактор

Air entrainment (number and

size of air pores) // Воздухововлечение

(количество и размер воздушных пор)

Decrease in the PC hydration //

Замедление гидратации ПЦ

Chemical factor //

Химический фактор

Change in the composition of cement

hydrates // Изменение состава

новообразований

Change in the microstructure of contact zones (composition,

fineness and morphology of cement hydrates) //

Изменение микроструктуры контактных зон (состава,

дисперсности и морфологии новообразований)

Fig. 2. Mechanisms of SP influence on concrete strength

Рис. 2. Механизмы влияния СП на прочность бетона

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

41


concrete | бетон

What practical conclusions follow from this

picture? The technologists determine the value of water

reduction at the plants themselves, choosing the type

of admixture (which, of course, differ in their effect)

and prescribing its dosage. The problem of excessive

air entrainment on the materials and compositions

used is also easily revealed, and it can be corrected by

defoamers, but it is impossible to identify promptly or

predict the chemical effect of the admixture. It can only

be determined empirically ... in 28 days!

What is the basis for such pessimistic conclusion?

To begin with, the actual composition of Portland cement

is usually unknown to concrete technologists. In best

case, the calculated composition according to Bogue is

sometimes specified in the quality certificates, whereas,

according to many studies, the actual composition of

the clinker for the main minerals (alite and C3A), can

differ by tens of relative percentages. However, even if

we admit that the true composition of the clinker will

be known (that is, the XRD by Rietveld method), cement

hydration will proceed with its own features depending

on the magnitude of the w/c ratio and the chemistry of

the admixture.

Given the growing competition in the building

materials market, the problem of concrete cost reduction

due to the optimization of cement consumption and

the choice of admixture according to the indicator of

technical and economic efficiency, is of high relevance.

Probably, the majority of technologists have their own

developments on this topic, but they are inaccessible

to others. It is difficult and unreliable to compare the

data of journal publications. Therefore, especially for

ConLife-2017 conference it was decided to conduct a

series of comparative tests for the most clear illustration

of the potential capabilities of the admixtures of various

types.

Results and discussion

It is impossible in one study to take into account

the diversity of concrete compositions and the variety

of cement and inert materials used (even without taking

into account the instability of their characteristics from

delivery to delivery). As the most popular, fresh concretes

of consistency class S4 were chosen, and on their example,

the possibility of obtaining the targeted strength classes in

the range of cement consumption of 300–400 kg/m3 was

considered. The characteristics of Portland cement and

the aggregates used are specified in Table 1. Three most

common types of admixtures based on lignosulfonates

(LST), naphthalenesulfonates (PNS) and polyether

carboxylates (PCE) were used as plasticizers. To ensure

that the results are not interpreted as advertising or,

conversely, the anti-advertising of any company, they are

referred to herein as abbreviations.

Since the tests were carried out on fresh concretes

of constant slump, first of all, the efficiency of different

types of plasticizers according to the water-reducing

ability should be revealed, and, accordingly, the

по Боггу, тогда как реальный состав клинкера по основным

минералам (алит и С3А), по данным многочисленных

исследований, может отличаться на десятки относительных

процентов. Но даже если допустить, что

будет известен истинный состав клинкера (т. е. проводится

РФА по методу Ритвельда), гидратация цемента

будет протекать со своими особенностями в зависимости

от величины В/Ц и химии добавки.

С учетом обостряющейся конкуренции на рынке

строительных материалов весьма актуальной становится

задача снижения стоимости бетона за счет оптимизации

расхода цемента и выбора добавок по показателю

технико-экономической эффективности. Вероятно,

у большинства технологов по этой теме есть какие-то

свои наработки, но они недоступны остальным. Сопоставлять

между собой данные журнальных публикаций

— тяжело и ненадежно. Поэтому специально для

конференции ConLife-2017 было решено провести серию

сопоставительных испытаний для максимально

наглядной иллюстрации потенциальных возможностей

добавок разного типа.

Результаты и обсуждение

В одном исследовании невозможно было принять

во внимание все многообразие составов бетонов

и разнообразие применяемых цементов и инертных

материалов (даже без учета нестабильности их характеристик

от поставки к поставке). Как наиболее востребованные

составы были выбраны бетонные смеси

с классом по подвижности П4 и на их примере рассмотрена

возможность получения заданных классов

по прочности в диапазоне расходов цемента 300–400

кг/м3. Характеристики использованного портландцемента

и заполнителей приведены в табл. 1. В качестве

пластификаторов использовали три наиболее распространенных

типа добавок на основе лигносульфонатов

(ЛСТ), нафталинсульфонатов (ПНС) и полиэфиркарбоксилатов

(ПКЭ). Чтобы полученные результаты не

трактовались как реклама или, наоборот, антиреклама

какой-либо компании, они далее будут обозначаться

просто аббревиатурами.

Поскольку испытания проводились на равноподвижных

бетонных смесях, прежде всего должна была

проявиться эффективность различных типов пластификаторов

по водоредуцирующей способности, а соответственно

ей — изменяться и прочность на сжатие.

Хорошо известно, что водоредуцирующая способность

ЛСТ заметно меньше, чем у СП. Поэтому, согласно западным

классификациям (ASTM и EN), добавки и относятся

к различным категориям: ЛСТ к «обычным»

добавкам с величиной водоредуцирования до 12 %, а

СП — к High-Range Water-Reducing Admixtures с водоредуцированием

> 12 %. Для добавок ПНС-типа величина

водоредуцирования потенциально может доходить

до 25 %, хотя обычно (т.е. при средних дозировках)

находится в диапазоне 15–22 %. Гораздо меньше согласия

(или понимания) относительно водоредуцирующей

способности ПКЭ. Поражающие воображение

цифры, приводимые во многих публикациях (от 30 до

42 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Table 1.

Таблица 1.

Characteristics of used materials

Характеристики использованных материалов

1. Portland cement: Serebryansky CEM I 42.5 H // 1. Портландцемент: Серебрянский ЦЕМ I 42,5 Н

Normal consistency, % //

Нормальная густота, %

Setting time // Сроки схватывания

Compressive strength, MPa, according to GOST 30744//

Прочность при сжатии, МПа, по ГОСТ 30744

beginning // начало end // конец 2 7 28

27,25 2–40 3–50 16,5 31,9 49,4

2. Fine aggregate: quarry sand, module of fineness 1.73 // 2. Мелкий заполнитель: карьерный песок, модуль крупности 1,73

3. Large aggregate: crushed granite, fraction 5–20 // 3. Крупный заполнитель: щебень гранитный, фракция 5–20

Total residue on the screen d // Полный остаток на сите d 98 %

Total residue on the screen 0.5 (d+D) // Полный остаток на сите 0.5 (d+D) 60 %

Total residue on the screen D // Полный остаток на сите D 9 %

Total residue on the screen 1.25D // Полный остаток на сите 1.25D

True density // Истинная плотность

отсутствует

2,8 г/см3

Content of plate and needle grains // Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы 12,1 %

Content of dust and clay particles // Содержание пылевидных и глинистых частиц 1,0 %

Mark by crushing // Марка по дробимости

compressive strength should also change. It is well known

that the water-reducing capacity of LST is significantly less

than that of the SP. Therefore, according to the western

classifications (ASTM and EN), the admixtures belong

to different categories: LST — to “normal” admixtures

with a water reduction value of up to 12 %, and the SP —

to High-Range Water-Reducing Admixtures with a water

reduction > 12 %. For PNS-type admixtures, the water

reduction value can potentially reach up to 25 %, although

usually (i.e. at medium dosages) it is in the range of 15–

22 %. Much less agreement (or understanding) about the

water-reducing ability of PCE is observed. Impressive

figures, cited in many publications (from 30 to 60 %), were

obtained either on a cement pastes or when compared

with a S5-class fresh concretes, manufactured in general

without plasticizing admixtures. If we carry out the tests

in accordance with Russian GOST 30459, then the water

reduction values for all PCE samples tested were in the

range of 16–23 %, basically not differing from PNS.

Since it was not appropriate to show the advantages

of the SP in comparison with concrete without admixture,

a series with a LST-based plasticizer and with cement

content 320–400 kg/m3 was taken as a reference. In the

series with more effective water-reducing admixtures, the

cement consumption was 300–380 kg/m3. Two important

methodological aspects were taken into account in the

study: 1) all tests were carried out on a batch of fresh

cement obtained directly from the manufacturer; 2) very

often (especially in the laboratory), when comparing fresh

concretes of equal slump, the fact is ignored that, indeed,

concretes with different cement content and different

concrete output (caused by air entrainment factor) are

compared. In order to minimize the influence of these

factors, initially, for each cement consumption and for each

admixture, the w/c was determined to obtain the planned

slump, and then the materials contents were corrected

per m3 (in the case of decreased bulk density below the

design, they were additionally corrected by defoamer).

М1400

60 %), были получены либо на цементном тесте, либо

при сопоставлении с бетонной смесью П5, изготовленной

вообще без пластифицирующих добавок. Если же

проводить испытания согласно нашему ГОСТу 30459,

то величины водоредуцирования для всех протестированных

нами образцов коммерческих ПКЭ попадали

в диапазон 16–23 %, по сути, принципиально не отличаясь

от ПНС.

Поскольку показывать преимущества СП по

сравнению с бездобавочным составом казалось неуместным,

то в качестве референта взяли серию с пластификатором

на основе ЛСТ и с расходами цемента

320–400 кг/м3. В сериях с более эффективными водоредуцирующими

добавками расходы цемента составляли

300–380 кг/м3. В исследовании были учтены два

важных методологических аспекта: 1) все испытания

проводились на партии свежего цемента, полученного

непосредственно от производителя; 2) очень часто

(особенно в лаборатории) при сопоставлении равноподвижных

составов не учитывают тот факт, что реально

сопоставляют бетоны с разным расходом цемента и не

учитывают фактор воздухововлечения и реального выхода

бетонной смеси. Чтобы максимально уменьшить

влияние этих факторов, вначале для каждого расхода

цемента и для каждой добавки подбирали В/Ц для получения

заданной подвижности, а далее корректировали

расходы материалов на 1 м3 (в случае занижения

плотности ниже расчетной дополнительно корректировали

введением пеногасителя).

Полученные результаты представлены в табл. 2.

Достаточно неожиданно на выбранном цементе оказалась

слабоэффективной широко распространенная

сейчас рецептура ПКЭ + ЛСТ. Понятно, что такого рода

добавки гораздо дешевле чистых поликарбоксилатов,

но «дешево не значит надежно!» — принцип, хорошо

всем известный, но пока не слишком применяемый в

технологии бетона.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

43


concrete | бетон

The results obtained are presented in Table 2. Quite

unexpectedly, the widely accepted formulation PCE + LST

was ineffective on the chosen cement. It is clear that such

admixtures are much cheaper than pure polycarboxylates, but

“cheap — does not mean reliable!” — a principle well known

to everyone, but yet not widely used in concrete technology.

As for the other three types of admixtures,

outwardly, everything looks like as expected: the PCE

has the maximum water-reducing ability, it is followed by

the PNS and the weakest water-reducing ability has the

LST. But if we analyze the strength achieved, a different

picture emerges: at a constant Portland cement rates,

the greatest strength is observed in formulations with

the addition of the PNS, followed by the PCE and the

LST. It should be noted that the advantage in strength

for formulations with PNS at constant cement rates is

apparent, despite the slightly higher values of w/c. This

is the visible manifestation of the above-mentioned

“strength effect” (or “chemical effect”) of the admixtures.

Table 2. Efficiency of various admixtures in compositions with different cement consumption

Таблица 2. Эффективность различных добавок в составах с разным расходом цемента

По остальным трем типам добавок внешне все

выглядит ожидаемо: максимальную водоредуцирующую

способность показали ПКЭ, далее следуют ПНС и

слабее всего этот показатель у ЛСТ. Но если анализировать

достигнутую прочность, выявляется иная картина:

при постоянном расходе портландцемента наибольшая

прочность наблюдается у составов с добавкой ПНС, далее

следуют ПКЭ и ЛСТ. Отметим: преимущество составов

с ПНС по прочности при неизменном расходе

цемента проявляется даже несмотря на несколько более

высокие значения В/Ц. Это и есть видимое проявление

того самого «прочностного эффекта» или «химического

эффекта» добавки.

Cement

consumption,

kg/m 3 // Расход

цемента,

кг/м 3 LST 0.3 % // ЛСТ 0,3 %

R28,

w/c // MPa class //

В/Ц // R28, класс

PNS 0.5 % // ПНС 0,5 %

R28,

w/c // MPa class //

В/Ц // R28, класс

PCE 0.15 % // ПКЭ 0,15 %

R28,

w/c // MPa class //

В/Ц // R28, класс

МПа

МПа

МПа

w/c //

В/Ц

PCE+LST 0.2 % //

ПКЭ+ЛСТ 0,2 %

R28,

MPa

// R28,

МПа

class //

класс

300 — — — 0,65 28,4 В22,5 0,63 25,8 В20 0,67 21,4 В15

320 0,64 25,9 В20 0,58 32,2 В25 0,58 29,0 В22,5 0,63 23,3 В15

340 0,57 29,9 В22,5 0,54 36,9 В27,5 0,52 34,2 В25 0,60 26,9 В20

360 0,54 30,9 В22,5 0,50 39,0 В30 0,49 36,9 В27,5 0,54 27,1 В20

380 0,50 32,9 В25 0,48 42,0 В30 0,47 37,5 В30 0,50 30,9 В22,5

400 0,46 36,3 В27,5 — — — — — — — — —

It is easy to foresee the objection: “The dosage of

the PCE was non-optimal! The dosage should be increased,

and everything will be all right!” But, firstly, the dosages

of admixtures was determined independently in the

tests according to GOST 30459. Secondly, this series

of tests was carried out to compare the technical and

economic efficiency of various admixtures (moreover, any

increase in the dosage of the PCE immediately adversely

affects the economy) and, thirdly, and the technical effect

is ambiguous too (Table 3). The increase SPs dosage,

indeed, reduces the w/c ratio, and even improves markedly

slump retention. But concretes strength did not increase

significantly.

How to interpret the results? On the one hand,

when using the SP, it is possible to reduce the cement

consumption by 40–60 kg/m3, on the other hand, even

at a cement consumption of 380 kg/m3, the strength

class B30 is reached only, and efficiency of the blended

admixture PCE + LST is not higher than of ordinary LS.

What is the reason for that?

Легко предвидеть возражение: «Дозировка ПКЭ

была неоптимальной! Стоит повысить дозировку — и

все станет на "законные" места». Но, во-первых, дозировки

добавок были отдельно определены при испытаниях

по ГОСТу 30459. Во-вторых, эту серию испытаний ставили

для сопоставления технико-экономической эффективности

различных добавок (а повышение дозировки

ПКЭ сразу же отрицательно скажется на экономике), а

в-третьих, и с техническим эффектом не все однозначно

(табл. 3). Повышение дозировки СП, действительно,

позволило снизить В/Ц, да и сохраняемость подвижности

заметно улучшило. Но прочностные показатели

существенно не возросли.

Как интерпретировать полученные результаты?

С одной стороны, при использовании СП показана возможность

снижения расхода цемента на 40–60 кг/м 3 , с

другой — даже при расходе цемента 380 кг/м 3 достигнут

класс по прочности всего В30, да и комплексная

добавка ПКЭ + ЛСТ показала эффективность не выше

простых ЛСТ. Что виной?

Практика свидетельствует, что при любой внезапно

возникающей проблеме на бетонном заводе вину

пытаются возложить на химические добавки (поэтому

в статье и не упоминаются торговые названия использованных

добавок!) Насколько это оправданно?

44 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Table 3. Influence of higher dosages (at cement consumption 340 kg/m 3 )

Таблица 3. Влияние повышенных дозировок (при расходе цемента 340 кг/м 3 )

SP type //

Тип СП

Slump, cm // Осадка конуса,

Dosage, % //

см

Дозировка, % w/c // В/Ц original // in 30 min. //

начальная 30 мин

Bulk density,

kg/m 3 //

Плотность,

кг/м 3

Strength, MPa // Прочность,

МПа

in 7 days //

7 сут

in 28 days //

28 сут

Strength class

// Класс по

прочности

PNS //

ПНС

PCE //

ПКЭ

0,5 0,54 20 11 2405 31,4 36,9 В27,5

0,6 0,52 22 16 2420 31,0 36,7 В27,5

0,15 0,52 19 8 2370 29,4 34,2 В25

0,2 0,50 20 16 2390 30,0 36,5 В27,5

Practice shows that in case of emergence of

any sudden problem in a concrete plant, the chemical

admixtures are to be blamed (therefore, the trade names

of used admixtures are not mentioned in the article!) Is

it justified?

In the recent article of the author “On the

incompatibility of admixtures with cement” [3], based

on extensive statistics (the same admixtures samples

and sequential cement supplying), it was demonstrated

to what extent the technical efficiency of the reference (i.e.

constant) admixtures may change for sequential Portland

cement supplying from the same plants. In the meantime

the “incompatibility” factor reveals ambiguously for the

SP on different bases (that is, again we are dealing with

the manifestation of a chemical effect). Therefore, it will

be more correct to consider the results of the series with

different cement consumption as an objective but onetime

result.

And what can happen with another cement? Is it

possible to achieve greater savings in cement? Yes, it is!

(Table 4) Although even poorer results can be obtained

with the same probability.

It should be noted that in this experiment two

blended admixtures of the PCE+LST type were compared

(which turned out to be ineffective at comparative tests

on Serebryansky cement). On Novogurovsky (Heidelberg)

cement PCE-1 proved to be more effective in terms of

water reduction, and the PCE-2 provided more strength

concrete. As for Ferzikovsky cement, the water-reducing

efficiency was higher for PCE-2, while effect on concrete

strength for both admixtures were ~50/50. Again,

there is a lack of a clear relation between w/c ratio and

compressive strength. For the three cements used in the

second series, at 320 kg/m3 consumption, the strength

classes from B20 to B30 were obtained; in the previous

series for Serebryansky Portland cement with related

blended admixture, the B15 concrete was obtained only

(with other admixtures — from B22.5 to B25).

All used cements belonged to one 42.5 strength

class. Nevertheless, the concrete strength achieved with

identic cement consumption varied over a wide range,

depending on both the mineralogy of cement and the

chemistry of the SP.

В недавней нашей статье «О несовместимости

добавок с цементами» [3] на основе обширной статистики

(одни и те же добавки и последовательные поставки

цемента) было продемонстрировано, в каких

пределах может меняться техническая эффективность

референтных (т.е. неизменных) добавок при поставках

портландцементов с одних и тех же заводов, при этом

фактор «несовместимости» проявляется неоднозначно

для СП на разной основе (т.е. опять имеем дело с проявлением

химического эффекта). Поэтому правильнее

будет рассматривать приведенные результаты по серии

с различным расходом цемента как объективный,

но разовый результат.

А что может получиться на другом цементе?

Можно ли достичь большей экономии цемента? Можно!

(табл. 4) Хотя с такой же вероятностью можно получить

и еще более слабый результат.

Хочу обратить внимание, что в этом эксперименте

сопоставляли две комплексные добавки типа ПКЭ +

ЛСТ (оказавшиеся малоэффективными при сопоставительных

испытаниях на Серебрянском цементе). На

Новогуровском (Хайдельберг) цементе по водоредуцированию

эффективнее проявил себя ПКЭ-1, а по прочности

— ПКЭ-2. На Ферзиковском цементе по водоредуцированию

эффективнее проявил себя ПКЭ-2, а по

прочности результаты разложились 50/50. Опять наблюдается

отсутствие четкой взаимосвязи между В/Ц и

прочностью. На использованных во второй серии трех

цементах при расходе 320 кг/м3 были получены классы

по прочности от В20 до В30, в предыдущей серии на

Серебрянском ПЦ с комплексной добавкой был получен

бетон всего лишь класса В15 (с другими добавками

— от В22,5 до В25).

Все использованные цементы относились к одному

классу по прочности — 42,5. Тем не менее достигаемая

при одном расходе цемента прочность варьировалась

в широком диапазоне, в зависимости как от

минералогии цемента, так и от химии СП.

Соблюдается ли в принципе закон В/Ц в бетонах

с СП? Да, но только для конкретного СП! На рисунках

представлены данные по прочности для предыдущей

серии на Ферзиковском цементе (рис. 3) и еще для одной

серии наших опытов (рис. 4). Кроме того, просматривается

линейная зависимость, но для разных добавок

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

45


concrete | бетон

Can the w/c law be observed in concrete with the

SP? Yes, but only for a specific SP! The figures show the

strength data for the previous series for the Ferzikovsky

cement (Fig. 3) and for one more series of our experiments

(Fig. 4).

Cement

consumption,

kg/m 3 //

Расход

цемента, кг/

она описывается разными уравнениями, и линии расположены

не параллельно, а под углом друг к другу.

Чем могут быть обусловлены наблюдаемые нарушения

соблюдения закона В/Ц? Все СП являются поверхностно-активными

веществами, и именно этим и

Table 4. Comparative effectiveness of complex admixtures based on PCE for Portland cement of different plants

Таблица 4. Сопоставительная эффективность комплексных добавок на основе ПКЭ на портландцементах разных заводов

м 3 R28,

R28,

R28,

R28,

R28,

class

class

class

class

w/c // MPa

w/c // MPa

w/c // MPa

w/c // MPa

w/c // MPa

//

//

//

//

В/Ц // R28,

В/Ц // R28,

В/Ц // R28,

В/Ц // R28,

В/Ц // R28,

класс

класс

класс

класс

МПа

МПа

МПа

МПа

МПа

PCE-1 (0.25 %) // ПКЭ-1 (0,25 %) PCE-2 (0.22 %) // ПКЭ-2 (0,22 %)

Novogurovsky CEM

II/А-S 42.5 N //

Новогуровский ЦЕМ

II/А-Ш 42,5 Н

Ferzikovsky CEM

II/А-L 42.5 R //

Ферзиковский ЦЕМ

II/А-И 42,5 Б

Maltsovsky CEM

II/А-L 42.5 N //

Мальцовский ЦЕМ

II/А-И 42,5 Н

Novogurovsky CEM

II/А-S 42.5 N //

Новогуровский ЦЕМ

II/А-Ш 42,5 Н

Ferzikovsky CEM

II/А-L 42.5 R //

Ферзиковский ЦЕМ

II/А-И 42,5 Б

260 0,67 26,2 В20 0,72 23,2 В15 — — — 0,65 32,5 В25 0,72 17,5 В12,5

280 0,60 32,9 В25 0,67 25,7 В15 0,65 21,9 В15 0,62 35,2 В27,5 0,62 24,7 В15

300 0,53 36,7 В27,5 0,60 28,5 В20 0,61 22,6 В15 0,59 40,7 В30 0,56 30,8 В22,5

320 0,50 40,7 В30 0,54 31,4 В22,5 0,57 28,6 В20 0,54 45,7 В35 0,51 32,5 В25

class

//

класс

Strength, MPa, in 28 days //

Прочность, МПа, за 28 сут

35

33

31

29

27

25

23

21

19

17

15

y = -44,819x + 55,548

R² = 0,9982

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75

W/C // В/Ц

Fig. 3. Strength dependence on w/c ratio for concretes with

PCE + LST admixture on Ferzikovsky cement

Рис. 3. Зависимость прочности бетонов с добавкой

ПКЭ + ЛСТ на Ферзиковском цементе от В/Ц

Strength, MPa, in 28 days //

Прочность, МПа, за 28 сут

39

37

35

33

31

29

27

0,52 0,57 0,62 0,67

W/C // В/Ц

PNS // ПНС

PNS //

Линейная (ПНС)

PNS + LST // ПНС + ЛСТ

PNS + LST //

Линейная (ПНС+ЛСТ)

Fig. 4. Strength dependence on w/c ratio for concretes with 2

PNS-based admixtures

Рис. 4. Зависимость прочности бетонов от В/Ц для 2

добавок на основе ПНС

A linear dependence is observed, but it is described

by different equations for different admixtures, and the

lines are not parallel, but arranged at an angle to each

other.

объясняют механизм их действия на подвижность цементных

систем. Но, рассуждая об адсорбции СП на

гидратных новообразованиях, их влиянии на кинетику

начального структурообразования (в случае бетонных

смесей — на сохраняемость подвижности), забывают,

что наличие СП сказывается и дальше на уровне формируемой

микроструктуры. Упомяну лишь несколько

аспектов. Если СП замедляет процесс нуклеации (зародышеобразования),

то вследствие роста степени перенасыщения

жидкой фазы гидратные новообразования

будут выделяться в более мелкодисперсной форме (соответственно,

и матрица, и контактные зоны будут более

плотными). Известно, что высокомолекулярные ПНС

значительно снижают образование портландита при

гидратации C3S [4]. В зависимости от состава жидкой

фазы бетона на ранних стадиях гидратации портландцемента

будет выделяться либо AFt, либо AFm, причем

на протекание этих конкурирующих процессов влияет

даже способ усреднения цементной системы [5].

В случае ПНС предпочтительным является образование

органоминеральных фаз [6], хотя, конечно,

содержание растворимых сульфатов из портландцементного

клинкера влияет на конкурентное образование

органоминеральных фаз и эттрингита [7].

Образовавшиеся гидраты далее могут претерпевать

фазовые переходы, уплотняя микроструктуру

матрицы или, наоборот, ослабляя сложившуюся структуру.

Таким образом, развитие прочности материала во

времени является многофакторным процессом, зависящим

от химии как портландцемента, так и добавки;

химия этих процессов отличается от гидратации чистого

цемента и, соответственно, не может быть строго

описана законом В/Ц.

Приведенные в табл. 2 данные могут рассматриваться

как исходные для оценки технико-экономической

46 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

What can be the reason for the observed violations

of compliance with the w/c law? All SPs are surfactants,

and this explains their mechanism on the fluidity of

cement systems. But, discourse of the SP adsorption on

cement hydrates, their effect on cement paste setting (in

the case of concrete mixtures — on slump retention),

it is forgotten that the presence of the SP influences

also on the microstructure been formed. A few aspects

should be mentioned. If the SP slows down the process

of nucleation, then due to the increase in the degree of

supersaturation of the liquid phase, cement hydrates

would deposited in finer dispersed form (respectively, both

the matrix and interface zones have to be more dense). It

is known that high-molecular-weight PNS significantly

reduce the formation of portlandite upon C3S hydration

[4]. Depending on the composition of the pore liquid of

concrete at early stages of Portland cement hydration,

either AFt or AFm could formed, and even the method

of cement system averaging effects on the course of these

competing processes [5].

As for the PNS, the formation of organomineral

phases is preferable upon C3A hydration [6], although, of

course, soluble sulfates content in Portland cement clinker

influences the competitive formation of organomineral

phases and ettringite [7].

The hydrates formed can then undergo phase

transitions, compacting the microstructure of the matrix

or, conversely, weakening the existing structure. Thus, the

development of material strength in time is a multifactor

process, depending on the chemistry of Portland cement

and the admixtures; the chemistry of these processes

differs from the hydration of pure cement and, accordingly,

cannot be strictly described by the w/c law.

The data given in Table 2 can be considered as

the initial data for assessing the technical and economic

efficiency of different plasticizers, but the values obtained

depend heavily on market realities: at what prices this

or that plant is supplied with cement, aggregates and

admixtures. When using average prices the general

regularity is confirmed: for concrete of low strength

classes, the PNS and the LST are economically more

preferable, for concrete of higher classes — the PCEs

are preferable.

Conclusions

1. For concretes with chemical admixtures, w/c

law fits only for the formulations with a specific SP in

a limited range of dosages and is not applicable when

comparing the concretes with different SPs.

2. The forecast of the technical and economic effect

of SP due to the reduction of cement consumption cannot

be based solely on its water-reducing effect. It is necessary

to check its “strength effect” for specific cement.

3. The “strength effect” of the SP manifests itself

differently on the cements of different mineralogy.

эффективности различных пластификаторов, однако

полученные значения сильно зависят от рыночных реалий:

по каким ценам данному заводу поставляют цемент,

инертные заполнители и добавки. При использовании

усредненных цен в целом подтверждается общая закономерность:

для бетонов низких классов по прочности

экономически предпочтительнее ПНС и ЛСТ, для более

высоких классов — ПКЭ.

Выводы

1. С химическими добавками закон В/Ц срабатывает

только для составов с конкретным СП в ограниченном

диапазоне его дозировок и неприменим при

сопоставлении бетонов с различными СП.

2. Прогноз технико-экономического эффекта от

СП за счет снижения расхода цемента не может основываться

исключительно на его водоредуцирующем

эффекте, необходима проверка его «прочностного эффекта»

на данном цементе.

3. «Прочностной эффект» СП будет проявляться

по-разному на цементах различной минералогии.

References // Литература

1. Collepardi, M. The New Concrete/ Publ. by

Grafiche Tintoretto — Vicolo Verdi 45/47 – Castrelle di

Villorba TV, 2006. — 421 p.

2. Младова М.В. Катехизис по бетону. СПб: ЗАО

«БизнесПроект», 2005. — 128 с.

3. Вовк А.И. К проблеме несовместимости цементов

и добавок // Бетон и железобетон. 2017. № 2. С. 44–46.

4. Vovk, A.I., Vovk, G.A., Usherov-Marshak, A.V.

Regularities of hydration and structure formation of

cement pastes in the presence of superplasticizers with

different molecular mass // Fifth International Conference

on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in

Concrete. Rome, 1997. ACI SP 173-38. Р. 763–780.

5. Salvador, R.P., Cavalaro, S.H.P., Cano, M.,

Figueiredo, A.D. (Influence of spraying on the early

hydration of accelerated cement pastes. Cem. And Concr.

Res., 2016. N 88. P. 7–19.

6. Вовк А.И. Гидратация трехкальциевого алюмината

С3А и смесей С3А — гипс в присутствии ПАВ:

адсорбция или поверхностное фазообразование? Коллоидный

журнал. 2000. Т. 62. № 1. С. 31–38.

7. Plank, J., Keller, H., Yu, B. Conditions Determining

the Formation of Organo-Mineral Phases in Concrete //

Ninth ACI International Conference on Superplasticizers

and Other Chemical Admixtures in Concrete. Seville. Suppl.

Papers. 2009. Р. 236–256.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

47


dry mixtures | сухие смеси

UDC // УДК 691.53:666.96.15

Fernández-Ibarburu, A., Construction Additives R&D, Tolsa, Madrid, Spain

MINERAL BASED RHEOLOGICAL ADDITIVES

FOR AN EFFICIENT SAG/SLIP CONTROL AND

WORKABILITY IMPROVEMENT IN MORTARS

Фернандез-Ибарбуру А., научно-исследовательский отдел химических добавок

для строительной промышленности, компания Tolsa, г. Мадрид, Испания

МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ

РЕГУЛИРОВАНИЯ ФИКСИРУЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ

К ОБРАЗОВАНИЮ ПОТЕКОВ И

УЛУЧШЕНИЯ УДОБОУКЛАДЫВАЕМОСТИ

РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ

Abstract

Dry mix and ready to use mortars need sag or slip

control agents to avoid potential application problems. The

use of these special additives could also help to achieve an

increase of the mortar application thickness and therefore

application saving times.

Workability is a question commonly spoken in the

mortar industry and actually highly appreciated by the

workers at the building site, but has always been quite

a subjective issue. The article explains a new method

elaborated by Tolsa (hereinafter: Tolsa method) comparing

different additives related to the workability concept. The

Tolsa method developed to measure workability is based

on a specific [1] rheometer for mortars.

The advantages of using natural pure mineral clays

and organic modified clays compared with the traditional

organic anti sagging/slipping additives are also described

in the paper.

Key words: workability, sag control, slip control,

rheology additives

Introduction

It is well documented that fresh mortars behave

in most cases as Bingham fluids [2]. According to this, a

majority of studies have focused essentially on the study

of two rheological parameters, the yield stress and the

plastic viscosity and its evolution with shear rate. A simple

representation of these parameters as flow curves, can

give us a good idea of the fresh mortar properties based

on rheological behavior. This kind of rheological analysis

Аннотация

При изготовлении сухих строительных смесей

(ССС) и готовых к применению растворных смесей

для повышения фиксирующей способности и устойчивости

к образованию потеков необходимо использовать

специальные добавки. Использование добавок

помогает получать толстослойные покрытия за одно

нанесение, что сокращает время проведения строительных

работ.

Удобоукладываемость — субъективная характеристика

растворных смесей, однако это очень

важный технологический показатель. В статье представлен

новый метод сравнения различных добавок

с точки зрения их влияния на удобоукладываемость

растворных смесей, разработанный компанией Tolsa

(далее — метод Tolsa). При этом использовался специальный

реометр [1].

В настоящей работе показаны преимущества

использования добавок на основе минеральных и

органомодифицированных глин по сравнению с традиционными

органическими добавками для обеспечения

фиксирующей способности и устойчивости к

образованию потеков.

Ключевые слова: удобоукладываемость, устойчивость

к образованию потеков, фиксирующая способность,

реологические добавки

Введение

Научно доказано, что в большинстве случаев

растворные смеси обладают свойствами

48 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


dry mixtures | сухие смеси

is much easier today with the use of rheometers, taking

into account that cement is a time depending system and

that results will be always depending on the shear history

of the mortar [3].

When a mineral thickener is introduced and

dispersed in a mortar matrix it will form a gel structure.

When clay particles (fibers in the case of sepiolite and

attapulgite or flakes for bentonites) are well dispersed in

the mortar they interact among themselves and at the

same time with other components of the mortar. This

interaction, forming a gel structure, is responsible for an

increase in the viscosity and therefore it is providing slip

and sag resistance control. This interaction is caused by a

weak dipole attraction that could be easily broken under

shear (Fig. 1). Due to this the mortar density decreases

when the product is stirred making it easier to work with,

this is the so called workability, pseudoplasticity or shear

thinning. This effect is reversible; if the shear stops the

gel structure will recover and so the initial viscosity will

do. This effect is called thixotropy (Fig. 2).

бингамовской вязкопластичной жидкости [2]. Поэтому

предметом практически всех проведенных

исследований были два реологических параметра —

предел текучести и пластическая вязкость, и их изменение

при сдвиге. Данные параметры, представленные

в виде кривых, отображают характеристики

растворных смесей в зависимости от реологических

свойств. Сегодня провести реологический анализ намного

проще, благодаря специальным приборам —

реометрам. Это особенно важно, учитывая, что для

цемента имеет значение фактор времени, а показатели

растворной смеси всегда зависят от усилия сдвига [3].

При введении в растворную смесь минеральных

тиксотропных добавок образуется гелеподобная

структура. За счет высокой степени диспергирования

частицы глины (в виде волокон в случае сепиолита и

аттапульгита или в виде пластин в случае бентонита)

взаимодействуют друг с другом, а также с другими

компонентами растворной смеси. В результате образования

гелеподобной структуры увеличивается

Fig. 1a. Hydrogen bonds between fibers (Sepiolite and

Attapulgite)

Рис. 1a. Водородные связи между волокнами (сепиолиты и

аттапульгиты)

Fig. 1b. Electric attraction between flakes (Bentonite)

Рис. 1b. Электростатическое притяжение между

пластинами (бентониты)

Viscosity // Вязкость

Pseudoplasticity

// Псевдопластичность

Shear rate // Усилие сдвига

Thixotropy // Тиксотропность

Time // Время

Fig. 2. Effects in gel structure under shear strain

Рис. 2. Явления, возникающие в гелеподобных структурах при деформации сдвига

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

49


dry mixtures | сухие смеси

1. Workability / Slip / Sag

Test Method Proposal

The Tolsa method is an empiric test carried out

with the use of mortar rheology equipment.

The rheometer (Fig. 3) measured the resistance

of the product to be moved when an external force is

applied. This force or shear rate increased progressively

with time making it possible to observe how the mortar

was reacting to the shear rate increase.

The force / torque / shear stress (Nmm) was

represented then versus shear rate or rotational speed

(rpm)

вязкость растворных смесей и, как следствие, повышается

фиксирующая способность и устойчивость к

образованию потеков. Причиной этого процесса является

слабое электромагнитное притяжение между

диполями. Такой эффект легко нарушается при приложении

усилия сдвига (рис. 1), в результате чего

плотность и вязкость растворной смеси снижается,

что облегчает работу с ней. Это явление называется

псевдопластичностью, или снижением вязкости при

сдвиге и имеет обратимый характер: после прекращения

деформации сдвига гелеподобная структура и

исходные значения показателей вязкости смеси восстанавливаются.

Данное свойство растворной смеси

называется тиксотропностью (рис. 2).

Torque (Nmm) // Момент (Н·мм)

60

50

40

30

Rheological zone //

Область гелеподобной

структуры

Water demand zone //

Область подвижности

20

Sepiolite 0.3% otw // Состав

10

с добавкой 0,3 % сепиолита

Control (no clay) // Контрольный

0

образец без добавки глины

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

rpm // об/мин

Fig. 3. Rheometer

Рис. 3. Реометр

Observing the graphs obtained allowed defining

the two different zones in the rheograms:

1) The consistency or water demand zone;

2) Gel structure zone or rheological zone.

1. The consistency or water demand zone is the part

of the rheogram where there is no interaction between

the different components of the mortar due to the fact

that the product was sheared during a period of time,

so the different interactions in the mortar matrix were

broken (gel structures, dipole attraction, fibers or polymer

orientation, etc.).

In this part a straight line in the graph (Fig. 4)

could be observed. The gradient or angle of this line

depends on the shear rate velocity increase (and also

the reactivity of the cement contained in the case of

cementitious dry mix mortar).

2. The gel structure zone or rheological zone is that

part where the interactions of the particles of the mortar

matrix can be observed (Fig. 4). It is possible to see the

resistance of gel formed against shear stress and later,

when the shear rate increases, how this gel is destroyed

Fig. 4. Rheological and Water demand zones

Рис. 4. Области гелеподобной структуры и подвижности

1. Разработка метода определения

показателей удобоукладываемости,

фиксирующей способности и

устойчивости к образованию потеков

Метод Tolsa — это эмпирический способ определения

реологических показателей растворных смесей

с помощью специального оборудования.

С помощью реометра определяли сопротивление

сдвигу растворной смеси при механическом

воздействии (рис. 3): усилие сдвига последовательно

повышалось, что приводило к изменению реологических

показателей растворной смеси.

На основании полученных данных была получена

зависимость показателей усилия, момента и

напряжения сдвига (Н·мм) от усилия сдвига и скорости

вращения (об/мин). Полученные реограммы

позволили выделить следующие области:

1) область подвижности или водопотребности;

2) область гелеподобной структуры, или реологическая

область.

50 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


dry mixtures | сухие смеси

(weak interaction) with the resistance decrease down to

the point where it disappeared.

If all and every point of the control graph (no clay

included) in the chart of the Fig. 4 is subtracted from

the sepiolite graft then the net behavior of the sepiolite

product could be observed (Fig. 5).

Torque (Nmm) //

Момент (Нмм)

25

20

15

10

5

Net Behaviour 0.3 % Sepiolite //

Состав с добавкой 0,3 % сепиолита

0

0 1 2 3 4 5 6 7

rpm // об/мин

Fig. 5. Sepiolite Net Behavior

Рис. 5. Зависимость, полученная путем вычитания

значений контрольной бездобавочной смеси и

состава с добавкой 0,3 % сепиолита

The first peak corresponds to the point of the shear

rate at which the difference with the control is bigger so it

is the highest rheological effect point due to the thickener.

Therefore, the point where the different thickeners should

be compared resides close to this shear rate value. At least

three similar values in a row should be given to select

this point correctly and ensure that this is not a noise

of the rheogram.

This point (red arrow mark in the Fig. 5) is specific

for every system (cement, gypsum, lime, paste, etc.)

and every product type (tile adhesive, render, etc.), but

according to our experience, it is usually very close.

It was affirmed experimentally that torque value

figures had a direct relation with the antislipping effect

in tile adhesive when tested according to the standard

EN 1308. The higher torque values were, the higher the

slip resistance of the tile adhesive appeared.

This method allows comparing the rheological

behavior (slip and sag resistance) of different grades of

thickening additives.

The two products to compare shall have identical or

similar values in the water demand zone of the rheogram,

or the curves cannot be compared. The same product

with less or more water (different water demand) would

have different rheological behavior and different slipping

or sagging effect, more water in a product resulting in a

more pronounced sagging.

On obtaining the same water demand figures, so

that the two products could be compared, it becomes

possible to modify the two following characteristics:

1. The thickener dosage: If the dosage of the

additive is increased, the water demand increases, too,

so the shear stress of the line in the water demand zone

will intensify.

2. The water dosage: If the water dosage is increased

the line in the water demand zone will decrease in shear

1. Зона подвижности или водопотребности —

это область реограммы, характеризующаяся отсутствием

взаимодействия между различными компонентами

растворной смеси при перемешивании в

течение определенного времени (напр., взаимная

ориентация волокон или полимеров, отсутствие гелеподобной

структуры и притяжения между диполями,

и т. п.).

В этой части графика (рис. 4) зависимость

имеет линейный характер, а угол наклона зависит

от увеличения скорости сдвига, а также от активности

цемента.

2. Зона гелеподобной структуры, или реологическая

зона — в этой области происходит взаимодействие

между частицами растворной смеси (рис. 4).

На начальном этапе при приложении напряжения

сдвига в процессе перемешивания возникает сопротивление

образовавшегося геля, а при последующем

увеличении усилия сдвига вследствие разрыва

слабых связей гелеподобная структура разрушается.

При этом сопротивление сдвигу снижается, вплоть

до полного исчезновения.

На рис. 5 представлена зависимость, полученная

путем вычитания значений контрольной бездобавочной

смеси и состава с добавкой на основе сепиолита,

представленных на рис. 4.

Первое максимальное значение на полученном

графике соответствует наибольшему загущающему

эффекту в составе с тиксотропной добавкой, т.е. значению

усилия сдвига, при котором состав с добавкой

в наибольшей степени отличается от контрольного

образца. Таким образом, сравнение загущающего

эффекта различных добавок необходимо проводить

в точке, близкой к максимальному значению усилия

сдвига. Для более точного определения этой точки

и исключения возможной погрешности необходимо

провести не менее трех измерений.

Значение, отмеченное на рис. 5 красной стрелкой,

отличается для каждого вида смесей на основе

различных вяжущих (цемент, гипс, известь, и т. п.) и

назначения (клеевой состав, штукатурный состав, и

т. п.). Однако экспериментально установлено, что во

всех случаях эти показатели имеют близкие значения.

Экспериментально подтверждено, что при испытании

клеевых составов по EN 1308 значение момента

прямо пропорционально фиксирующей способности.

Этот метод позволяет сравнивать

реологические показатели (фиксирующую способность

и устойчивость к образованию потеков) составов

с различными типами тиксотропных добавок.

Для сравнения влияния двух типов добавок

необходимо, чтобы они имели одинаковые или близкие

значения на реограмме в области подвижности,

в противном случае анализ будет недостоверным.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

51


dry mixtures | сухие смеси

stress due to a more liquid product and less resistance

to be sheared.

Every thickener or rheological additive has two

properties: its water demand capacity due to its specific

surface and its rheological behavior. It is a must to level

the values in the water demand zone modifying dosages

or water content to equilibrate the absorption, so that the

comparison in the rheological zone can be done.

The workability could be defined by the reduction

in the torque after the gel is broken. So after the slip/sag

resistance is overcome due to the shear rate a reduction of

the torque / density is observed compared with the same

product without the workability additive, this means an

easier product to work with, time and cost savings.

To quantify it a horizontal line is drawn from

the maximum peak. The value in the intersection with

the 10 rpm vertical line (Fig. 6) is taken into account. It

could have been any other rpm value inside the water

demand zone but, according to our observations, the

intersection at 10 rpm is always reproducible. Using the

distance between this intersection and the graph (blue

and red arrows on Fig. 6) workability could be compared,

and it is possible to check how workability has changed

with addition of the rheological sepiolite additive — the

smaller the distance is, the better workability becomes.

Torque (Nmm) // Момент (Нмм)

70

60

50

40

30

20

10

Sepiolite 0.3 % // Сепиолит 0,3 %

Control (no clay) // Контрольный

образец без добавки глины

0

0 2 4 6 8 10

Fig. 6. Workability measurement

Рис. 6. Определение удобоукладываемости

rpm // об/мин

2. Mineral Thickeners comparative

In the next study two clays with different

composition were compared using the method described,

a sepiolite and a bentonite based product, tested in a Tile

Adhesive ready to use (paste) formulation (Table 1).

Torque (Nmm) // Момент (Нмм)

60

50

40

30

20

10

Sepiolite 0.4 % // Сепиолит 0,4 %

Bentonite 0.7 % // Бентонит 0,7 %

Control 1.2 % // Контрольный образец 1,2 %

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

rpm // об/мин

Fig. 7. Mineral thickeners comparative

Рис. 7. Сравнение минеральных тиксотропных добавок

Так, при различном содержании воды (подвижности)

реологические показатели, фиксирующая способность

и устойчивость к образованию потеков одной и той

же смеси будут отличаться. При этом чем выше расход

воды, тем больше снижается фиксирующая способность

смеси.

При одинаковых значениях подвижности смеси

появляется возможность сравнивать реологические

показатели образцов. При этом могут изменяться следующие

характеристики:

1. Содержание тиксотропной добавки: При

увеличении содержания добавки водопотребность

смеси увеличивается. Таким образом, кривая в области

подвижности отображает интенсивное увеличение

усилия сдвига.

2. Содержание воды: При увеличении доли

воды в смеси кривая усилия сдвига на графике в

области подвижности снижается. Это происходит

вследствие пластификации смеси и уменьшения напряжения

сдвига.

При введении тиксотропных или реологических

добавок происходит изменение подвижности и

реологических показателей растворной смеси. При

этом степень влияния добавок зависит от удельной

поверхности частиц добавки. Получить близкие значения

показателей в области подвижности возможно

за счет изменения содержания добавки и расхода

воды. Это дает возможность сравнивать полученные

значения в области гелеподобной структуры.

Удобоукладываемость смеси можно было оценить

по снижению момента после разрушения гелеподобной

структуры. Так, после преодоления порога

фиксирующей способности и устойчивости к образованию

потеков при приложении усилия сдвига происходит

более выраженное снижение момента/плотности

смесей с тиксотропной добавкой по сравнению

с бездобавочными составами. В результате такая растворная

смесь легче наносится, а время проведения

строительных работ и их стоимость сокращаются.

Для определения количественных показателей

удобоукладываемости необходимо провести горизонтальные

линии до пересечения с вертикальной линией

из точек максимальных значений на реограммах.

При этом учитывается величина, полученная при

пересечении горизонтальной и вертикальной линий

в точке, соответствующей значению 10 об/мин по оси

абсцисс (рис. 6). Измерение возможно и при других

скоростях вращения в пределах области подвижности

растворной смеси. Однако испытания показали,

что пересечение кривых всегда происходит при 10

об/мин. Сопоставление расстояния между точкой

пересечения и кривыми на графике (красная и синяя

кривые на рис. 6) позволяет оценить количественные

характеристики удобоукладываемости двух растворных

смесей. На графике показано, как изменилась

удобоукладываемость растворной смеси при введении

реологической добавки на основе сепиолита:

52 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


dry mixtures | сухие смеси

The dosages of these two clays were modified to

obtain the same values in the water demand zone, and

the control formulation with no clay suffered a water

dosage reduction to equilibrate the water demand (Fig. 7).

If the subtraction of both graphs from the control

is represented the net behavior is observed (Fig. 8).

Torque (Nmm) // Момент (Нмм)

25

20

15

10

5

0

Sepiolite 0.4 % // Сепиолит 0,4 %

Bentonite 0.7 % // Бентонит 0,7 %

0 2 4 6 8 10

rpm // об/мин

Fig. 8. Mineral thickeners net behavior

Рис. 8. Нетто-зависимости, полученные путем вычитания

значений контрольной бездобавочной смеси и

модифицированных составов на основе добавок

сепиолита и бентонита

Now the most interesting shear rate part

is extended (Fig. 9), and the vertical line for slip

quantification is defined (this is the one corresponding

to the maximum peak in Fig. 8). In this line it is possible

to obtain a torque figure valid to compare control versus

different rheological additives. This value is an accurate

way to compare the slip in a much more precise way than

the standard method EN 1308. The higher the value is,

the better the slip resistance control appears.

Torque (Nmm) // Момент (Нмм)

40

35

30

25

20

15

10

5

Sepiolite 0.4% // Сепиолит 0,4%

Bentonite 0.7% // Бентонит 0,7%

Control 1.2% //

Контрольный

образец 1,2%

0

0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19

Fig. 9. Slip control measurement

Рис. 9. Количественное определение показателей

фиксирующей способности

Workability quantification (Fig. 10): Using the

bentonite a 20 % workability increase over the control

is achieved and 50 % using the sepiolite at the dosages

indicated.

3. Comparison between mineral

and organic thickeners

rpm // об/мин

In the dry mix mortar industry the alternative to

mineral thickeners to control the slip/sag resistance are

the starch ether polymers.

при уменьшении разницы между пиковым значением

момента на реограмме и значением в точке 10

об/мин показатели удобоукладываемости улучшались.

2. Сравнение минеральных

тиксотропных добавок

Ниже приведены результаты сравнительного

исследования двух добавок на основе глин

различного состава — сепиолита и бентонита —

с использованием методики, представленной в

настоящей работе. Состав исследованного клеевого

состава представлен в табл. 1:

Table 1.

Таблица 1.

Tile adhesive formula

Рецептура готового клеевого состава

Raw Material // Компонент рецептуры

Resin emulsion (styrene/acrylic) //

Вяжущее на основе акриловой

эмульсии (стирол/акриловый латекс)

% Weight // % вес

9,52

Water // Вода 13,0

Antifoam // Пеногаситель 0,30

Butyl glycol acetate // Ацетат

бутилгликоля

Cellulose Ether (30.000 cP) // Эфир

целлюлозы (30,000 мПа•с)

Calcium carbonate filler (130 µm) //

Заполнитель карбонат кальция (130 мкм)

Calcium carbonate filler (40 µm) //

Заполнитель, карбонат кальция (40 мкм)

0,66

0,41

39,11

37,0

Содержание добавок на основе сепиолита

и бентонита подбирали таким образом, чтобы

обеспечить одинаковые значения в области

подвижности растворной смеси. Для этого при

приготовлении контрольного бездобавочного

состава снижали расход воды (рис. 7).

На рис. 8 представлены нетто-зависимости,

полученные путем вычитания значений

контрольной бездобавочной смеси и составов

на основе добавок сепиолита и бентонита.

На рис. 9 представлена начальная часть

графика (рис. 8) в увеличенном виде, на котором

показано усилие сдвига в виде вертикальной

линии, по которой возможно количественно

оценить значения фиксирующей способности

растворной смеси. Сравнение графиков в этой

точке позволяет определить значение момента

для сопоставления контрольного состава и составов

с реологическими добавками. Предложенная

методика сравнительного анализа является

более точным методом определения фиксирующей

способности, чем стандартная методика

EN 1308. Чем выше значение момента, тем выше

фиксирующая способность растворной смеси.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

53


dry mixtures | сухие смеси

65

55

45

35

25

15

5

-5

Sepiolite 0.4 % // Сепиолит 0,4 %

Bentonite 0.7 % // Бентонит 0,7 %

Control 1.2 % // Контрольный образец 1,2 %

0 2 4 6 8 10

rpm // об/мин

Fig. 10. Workability measurement

Рис. 10. Количественное определение показателей

удобоукладываемости

Using the same Tolsa´s method described in this paper

a mineral clay and a starch ether polymer were compared

(Fig. 11) in a cementitious tile adhesive formulation.

Результаты, количественного определения

показателей удобоукладываемости (Рис.

10): по сравнению с бездобавочным составом,

при введении добавки бентонита в указанном

количестве показатели удобоукладываемости

увеличивались на 20 %, а при введении сепиолита

— на 50 %.

3. Сравнение минеральных

и органических

тиксотропных добавок

В сухих строительных смесях для оптимизации

фиксирующей способности и устойчивости

к образованию потеков, наряду с минеральными

тиксотропными добавками, применяются

полимеры натурального происхождения — модифицированные

эфиры крахмала.

С помощью метода Tolsa проведено сравнение

(Рис. 11) действия минеральных глин и

добавок на основе эфиров крахмала на примере

клеевой растворной смеси на цементной основе.

Fig. 11. Mineral clay and starch ether polymer comparison

Рис. 11. Сравнение действия минеральных глин и полимерэфиров

крахмала

It is easy to observe that both thickeners have very

similar antisagging behavior as the peaks are overlapping

at low shear rate. The slipping test results according to

EN 1308 are also very similar. But the starch ether graph

when the shear rate is increasing has a different slope.

It is believed that this is due to the well-known fact of

delay of the setting time that the starch is inducing [4].

However, the curve slopes of the control and the sepiolite

samples are always parallel in the water demand zone,

because sepiolite does not affect cement setting. It could

probably be possible to study the setting time effect of

different starch ethers observing the slope of this line in

the water demand zone.

The workability could not be quantified if a starch

ether is added to the product as it would actually affect

the stability of the line in the water demand zone due to

the cement retardation effect.

Conclusions

• A test proposal to quantify workability is

presented. Tolsa method is an empirical test to measure

the slip and sag behavior.

• Brookfield viscometer is not the best equipment to

test the efficiency of a rheological additive, because it does

Данные, представленные на рис. 11, показывают,

что оба типа тиксотропных добавок

практически одинаково влияют на фиксирующую

способность смеси: пики в области небольшого

усилия сдвига почти совпадают. Испытания

составов на фиксирующую способность по

EN 1308 также показали сходные результаты.

Однако при более выраженном усилии сдвига

графики соответствующих добавок имеют разный

наклон. Эта закономерность иллюстрирует

хорошо известное свойство производных эфиров

крахмала замедлять схватывание цемента

[4]. При этом кривые динамики реологических

показателей обоих составов в области подвижности

растворной смеси параллельны, поскольку

сепиолит не влияет на схватывание цемента.

Сравнение наклона кривых на графике в области

подвижности позволяет изучить влияние различных

эфиров крахмала на время схватывания.

Представленный в статье метод не позволяет

количественно определить удобоукладываемость

составов с добавкой эфиров крахмала,

т.к. их введение замедляет схватывание цемента.

На графике этот эффект заметен по неровному

характеру кривой в области подвижности растворной

смеси.

Заключение

• В статье предложен метод количественного

определения удобоукладываемости растворной

смеси. Метод Tolsa позволяет эмпирически

оценить устойчивость смесей к образованию потеков

и их фиксирующую способность.

54 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


dry mixtures | сухие смеси

not permit to check the “water demand or consistency”

of the mortar. Once two products have the same water

demand, Brookfield could be precise enough to check

rheology effects if the points tested are in the rheological

zone close to the “slip quantification line”.

• The slip and sag resistance capacity of an additive

could be easily and accurately calculated with the use

of a rheometer. This method has not shown so far the

potential big dispersion that the standard test according

to EN 1308 has.

• Different kinds of minerals provide different

rheological behaviors. Tolsa method is a good tool for

mineral thickeners comparison.

• Mineral thickeners provide equivalent rheological

behavior versus starch ethers without affecting the cement

setting time.

References // Литература

1. Viskomat NT manual.

2. Kaci, A., Chaouche, M., Andréani, P-A. “Influence

of bentonite clay on the rheological behavior of

fresh mortars”. Cement and Concrete Research

41 (2011), pp. 373–379.

3. Banfill, P. F. G. Rheology Reviews (2006), pp. 61–130.

4. Glatthor, A. “Stärkeether als rheologisches Additiv

in Trockenmörteln”. Schleibinger Rheologie-

Kolloquium Regensburg (2005).

• Вискозиметр Брукфильда не вполне подходит

для определения эффективности реологических

добавок, поскольку не позволяет оценить

водопотребность (подвижность) растворной смеси.

При одинаковых значениях водопотребности

двух разных смесей вискозиметр Брукфильда может

достаточно точно определить реологические

показатели смесей только при условии, что точки

измерения лежат в области гелеподобной

структуры, рядом с вертикалью количественного

определения фиксирующей способности

(область на реограмме слева от пика).

• Простым и точным способом оценки

эффективности добавок по обеспечению достаточной

фиксирующей способности смеси и

устойчивости к образованию потеков является

использование специального реометра. Использование

данного метода позволяет получить

более точные результаты, чем измерения

по EN 1308.

• Действие разных минеральных добавок

на реологические показатели смеси отличается.

Предложенный метод Tolsa представляет собой

эффективный способ сравнения различных минеральных

тиксотропных добавок.

• Тиксотропные добавки на минеральной

основе обладают таким же загущающим действием,

как эфиры крахмала, при этом они не

оказывают влияния на время схватывания растворной

смеси.

Subscribe for 2019

Подписывайтесь на журнал в 2019 году!

Стоимость подписки: 6000 руб., вкл. НДС,

периодичность: 4 номера в год.

Журнал входит в список научных изданий ВАК.

Распространяется по подписке в России,

странах СНГ и за рубежом, адресной рассылке,

на выставках и конференциях.

Вы можете отправить заявку по факсу:

+7 (812) 335-09-91

или на e-mail: sub@alitinform.ru

Full annual subscription

for 4 issues: €175

The issue is included in the list of the reviewed

scientific journals approved by Russian State

Commission for Academic Degrees and Titles

Distributed among subscribers throughout

Russia, CIS and foreign countries, participants

of International Exhibitions and conferences.

Order your subscription by phone:

+7 (812) 335-09-91

or e-mail: sub@alitinform.ru

Inform

www.alitinform.ru

Каталог ОАО Агентства «Роспечать» — 33174,

электронный каталог ООО «АП «Деловая пресса» — 10707dp,

www.delpress.ru/items/10707dp.html

Журнал зарегистрирован Федеральной службой

по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи

и охраны культурного наследия.

Свидетельство ПН № ФС77–31038 от 24 января 2008 г.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

55


waterproofing | гидроизоляция

X INTERNATIONAL EXHIBITION AND CONFERENCE

“WATERPROOFING OF UNDERGROUND AND

EMBEDDED STRUCTURES — AQUASTOP”

X МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА И

КОНФЕРЕНЦИЯ «ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ

И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ — AQUASTOP»

On May 24–26, 2018, the X International

scientific-technical conference and exhibition

“Waterproofing of underground and embedded

structures — AquaStop” was held in Moscow Central

exhibition complex “Expocentre”, organized by the

Russian Union of Builders and “ALIT” group of

companies. The official partners of the event were the

International Metro Association, Moscow metro and

Association of underground builders. ASOKA company

was the general sponsor and ALITmix sponsored the

event.

In total, more than 40 foreign and domestic

experts spoke at the conference. More than 150

specialists from Russia, Azerbaijan, Belarus, Germany,

Georgia, Kazakhstan, China and other countries

attended the event. Among them — representatives

of such large companies as BASF Construction systems,

Gazpromneft — Bituminous materials, Wacker

Chemi Rus, TechnoNICOL — Construction systems,

STUVA e.V., WBIGmbH, Triada-Holding, Holcim

(Rus) Construction materials, Rastro, Saint-Gobain

Construction products Rus and many others.

In parallel with the conference, the exhibition

“AquaStop” was held — the one and only specialized

event on the subject of waterproofing materials and

technologies in Russia and CIS countries. The leading

24–26 мая 2018 г. в Московском центральном

выставочном комплексе «Экспоцентр» состоялась X

Международная научно-техническая конференция

и открылась выставка «Гидроизоляция подземных

и заглубленных сооружений — AquaStop», организованная

Российским союзом строителей и группой

компаний «АЛИТ». Официальными партнерами мероприятия

выступили Международная ассоциация

метро, ГУП «Московский метрополитен» и «Объединение

подземных строителей». Генеральным спонсором

мероприятия выступила компания «АлитМикс».

Спонсором — компания «АСОКА».

В рамках конференции в общей сложности

выступили более 40 иностранных и отечественных

специалистов. В мероприятии участвовали более

150 специалистов из России, Азербайджана, Белоруссии,

Германии, Грузии, Казахстана, Китая и других

стран. В их числе — представители таких крупных

компаний, как «БАСФ Строительные системы»,

«Газпромнефть — Битумные материалы», «ВакерХеми

Рус», «ТехноНИКОЛЬ — Строительные системы»,

STUVA e.V., WBIGmbH, «Триада-Холдинг», «Холсим

(Рус) Строительные материалы», «Растро», «Сен-Гобен

Строительная Продукция Рус» и многие другие.

Параллельно с работой конференции проходила

выставка “AquaStop” — единственное

56 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

companies presented their developments. More than

400 people attended the exhibition.

The official part of the conference was opened

by the President of GC “ALIT” Eduard Bolshakov. In

his speech, he emphasized that, despite the difficult

situation in the construction industry in Russia, the

number of participants increased by 28 % compared

to last year, and that inspires some optimism.

Alexander Ershov gave a welcoming speech

from the head of the Moscow metro. He paid special

attention to the fight against leaks and noted the

serious technological and scientific progress in the

field of waterproofing, which occurred in the last

10–15 years.

Dmitriy Golovin, first Deputy General Director

of the International Metro Association, thanked the

organizers for the long-term cooperation and wished

all participants productive work.

Valeriy Merkin, General Director of “SRC

Tunnel Association”, opened the business program.

He spoke about the existing difficulties in the tunnel

construction, about the new tasks set by the government

of Moscow: the transition of tunnels from deep to

shallow, as well as about the features of the operation

of new tunneling shields for shrink-resistant tunneling.

Rene Karolyi, General Director of company

“ASOKA”, sponsor of the conference, presented a

solution, developed by the company, for sealing the

places of passage of pipes and cables, which operation

is based on the systems of compressible seals with

elements of stainless steel. He spoke about the specifics

of these systems, features of their installation and

the possibility of individual development for specific

requirements of construction sites. He also noted the

shortage of qualified personnel, which the company

faced when searching for waterproofing solutions.

Methods of protection and repair of hydraulic

structures from water and moisture were presented by

Andrey Shilin, General Director of Triada-Holding. He

analyzed different types of concrete used in Russia and

abroad, and drew attention to the problems encountered

in their repair. One of the main conclusions: the use of

repair compositions that are stronger and denser than

the main concrete is unacceptable, as it will contribute

to more intensive destruction of the concrete in the

repaired areas. Andrey Alexandrovich also mentioned

difficult situation of the construction labor market. He

noted that it is still possible to find scientific personnel,

Valeriy Merkin, General director, Scientific and

Research Center of Tunnel Association, Russia

Валерий Меркин, Генеральный директор ООО

«НИЦ Тоннельной ассоциации», Россия

специализированное мероприятие по тематике гидроизоляционных

материалов и технологий в России

и странах СНГ. Свои разработки представили ведущие

компании. Выставку посетили более 400 человек.

Официальную часть конференции открыл президент

ГК «АЛИТ» Эдуард Большаков. В своем выступлении

он подчеркнул, что, несмотря на непростую

ситуацию в строительной отрасли в России, количество

участников конференции выросло по сравнению

с прошлым годом на 28 %, и это вселяет определенный

оптимизм.

Приветственное слово от начальника Московского

метрополитена передал Александр Ершов. Он

уделил особое внимание борьбе с протечками и отметил

серьезный технологический и научный прогресс

в области гидроизоляции, который произошел

в последние 10–15 лет.

Alfred Haak (STUVA e.V.): “I have no doubt

that conferences such as AquaStop promote the

exchange of experience and thus advance the industry.

From my point of view, they are vital. It is a good idea

to hold such exhibitions”.

Альфред Хаак (STUVA e.V.): «У меня нет

никаких сомнений, что такие конференции, как

"AquaStop" способствуют обмену опытом и тем самым

продвигают отрасль вперед. С моей точки

зрения, они жизненно необходимы. Проводить

такие выставки вообще хорошая идея».

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

57


waterproofing | гидроизоляция

Дмитрий Головин, первый заместитель генерального

директора Международной ассоциации

«Метро», поблагодарил организаторов за многолетнее

сотрудничество и пожелал всем участникам плодотворной

работы.

Деловую программу открыл Валерий Меркин,

генеральный директор ООО «НИЦ Тоннельной ассоциации».

Он рассказал о существующих сложностях

в тоннелестроении, о новых задачах, поставленных

руководством Москвы: переходе тоннелей с глубокого

заложения на мелкое, а также об особенностях

эксплуатации новых щитов для безосадочной проходки

тоннеля.

but, unfortunately, there is a strong lack of skilled

workers.

In conclusion, the adviser to the President

of GC “ALIT” Alexander Lokochinsky provided

a general analytical overview of the design choice

of waterproofing in the construction of modern

facilities: identified the strengths and weaknesses of

the main types of waterproofing as well as provided

recommendations on the choice of concrete for the

primary waterproofing.

The conference was continued by the “The use

of modern technologies for waterproofing and water

flow control in the construction and operation of

underground facilities” session, which had leading

foreign and domestic experts.

Рене Кароли, генеральный директор компании

«АСОКА», спонсора конференции, представил разработанные

компанией решения по гидроизоляции мест

прохода труб и кабелей, принцип действия которых

основан на системах сжимаемых уплотнителей с элементами

из высококачественной нержавеющей стали.

Он рассказал о специфике данных систем, особенностях

их монтажа и возможностях индивидуальной

разработки под конкретные требования строительных

площадок. Он также отметил дефицит квалифицированных

кадров, с которым компания столкнулась

при поиске гидроизоляционных решений.

Методы защиты и ремонта строительных конструкций

гидротехнических сооружений от воды

и влаги были представлены Андреем Шилиным, генеральным

директором ЗАО «Триада-Холдинг». Он

проанализировал различные типы бетонов, используемых

в России и за рубежом, и обратил внимание

на проблемы, возникающие при их ремонте. Один

Yun Bai (Tongji University): “I appreciate the

atmosphere of the past two days of work. Each of the

participants takes their work very seriously, and I am

very impressed. It seems to me that such conferences

should be held more often”.

Юн Бай (Университет Тунцзи): «Я ценю атмосферу

двух прошедших дней работы. Каждый из

участников подходит к своей работе со всей серьезностью,

и мне это очень импонирует. Мне кажется,

что такие конференции должны проходить чаще».

58 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

Rene Karolyi, Technical director, ASOKA, Russia

Рене Кароли, Технический директор, АО

«АСОКА», Россия

Klaus Bonin, engineer of Wacker Chemie AG,

and Martin Wittke, managing partner of WBIGmbH,

presented international experience of using modern

technology for waterproofing. Klaus Bonin spoke about

the use of binders, modified by polymer additives,

to improve the watertightness of structures made of

sprayed concrete, as well as reducing rebound and

increasing water resistance. Martin Wittke shared

his experience of creating a waterproof layer in the

Dr. Alfred Haack, Independent Consultant,

STUVA e. V., ex-president of International Tunneling

and Underground Space Association (ITA), Germany

Альфред Хаак, Независимый консультант,

Ассоциация по исследованию подземных транспортных

сооружений (STUVA e.V.), бывший президент

Международной тоннельной ассоциации, Германия

Igor Kharchenko, Head of underground space

development department, Moscow State University of

Civil Engineering, Russia

Игорь Харченко, Начальник отдела освоения

подземного пространства НИИ ЭиИ НИУ

МГСУ, Россия

из главных выводов: применение более прочных и

плотных по сравнению с основным бетоном ремонтных

составов недопустимо, так как это будет способствовать

более интенсивному разрушению бетона на

отремонтированных участках. Андрей Александрович

также посетовал на непростое положение строительного

рынка труда. Он отметил, что на данный

момент еще можно найти научные кадры, но, к сожалению,

прослеживается сильный недостаток квалифицированных

рабочих.

В заключение советник президента ГК «АЛИТ»

Александр Локочинский представил общий аналитический

обзор проектного выбора гидроизоляции при

строительстве современных объектов: выделил слабые

и сильные стороны основных видов гидроизоляции,

а также предоставил рекомендации по выбору

бетона для первичной гидроизоляции.

Работу конференции продолжила сессия «Использование

современных технологий для гидроизоляции

и контроля водопритока при строительстве и

эксплуатации подземных сооружений», на которой

выступили ведущие иностранные и отечественные

специалисты.

Зарубежный опыт использования современных

технологий для гидроизоляции был

Alexander Ershov (Moscow metro): “A lot of

attention is paid to waterproofing, and I am happy

to note that there was such a serious connection of

science, manufacturers and technologists that, I

believe, will improve the quality of facilities”.

Александр Ершов (Московский метрополитен):

«Гидроизоляции уделяется очень много

внимания, и мне радостно отметить, что произошла

такая серьезная связь науки, производителей

и технологов, что, я считаю, повысит уровень

качества сооружений».

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

59


waterproofing | гидроизоляция

soil during the construction of tunnels, in particular

during the construction of the “Stuttgart 21” tunnel

in Germany.

In his report “Elimination of water inflow

during construction and operation of tunnel structures

and adjacent facilities”, Igor Kharchenko presented the

results of the study of main technological parameters

of injection mixtures on mineral basis, according

to which it was found that the most effective design

solutions for the elimination of water occurrences is the

combined use of special grouting mixtures. At the same

time, depending on the geotechnical conditions and

the intensity of water inflow, the volume of consumed

mineral binders can vary.

Ilya Kosachev, chief engineer of hydraulic

engineering projects of Geoizol, presented the

technology of creating an anti-filtration curtain

made of secant pile walls. He presented an analysis of

data on the construction of the curtain at the Rogun

hydro power plant in Tajikistan, and spoke about the

difficulties that the company faced in the development

and implementation of the project.

The chief engineer Dmitriy Rautkin shared

research and practical experience of the company

“Innovative technologies”. He spoke about the new

emulsion and mastic systems developed by the company,

as well as about the injection compositions and the

advantages and features of one- and two-component

waterproofing injection systems.

представлен Клаусом Бонином, инженером-технологом

WackerChemieAG, и Мартином Виттке, управляющим

партнером WBIGmbH. Клаус Бонин рассказал

об использовании вяжущих, модифицированных

полимерными добавками, для повышения герметичности

конструкций из набрызг-бетона, а также

уменьшающих отскок и повышающих водонепроницаемость.

Мартин Виттке поделился опытом создания

водонепроницаемого слоя в грунте при строительстве

тоннелей, в частности при строительстве

тоннеля «Stuttgart 21» в Германии.

В своем докладе «Ликвидация водопроявлений

при строительстве и эксплуатации тоннельных

и притоннельных сооружений» Игорь Харченко

привел результаты исследования основных технологических

параметров инъекционных смесей на

минеральной основе, согласно которым было установлено,

что наиболее эффективными проектными

решениями по ликвидации водопроявлений является

комбинированное применение специальных тампонажных

смесей. При этом в зависимости от геотехнических

условий и интенсивности водопроявлений

объем потребляемых минеральных вяжущих может

изменяться.

Технология создания противофильтрационной

завесы из буросекущих свай была представлена Ильей

Косачевым, главным инженером гидротехнических

проектов компании «Геоизол». Он представил анализ

данных по устройству завесы на Рогунской ГЭС

в Таджикистане, а также рассказал о сложностях, с

Egor Savchenkov (“ZGM”): “This exhibition

will help us as participants and other visitors to get

acquainted with our technology in more detail, to

explore places where you can use our materials, will

help to expand the contact base of each other”.

Егор Савченков («Завод герметизирующих

материалов»): «Данная выставка поможет и нам

как участникам, и другим посетителям ознакомиться

с нашей технологией более подробно, изучить

места, где можно использовать наши материалы,

поможет расширить контактную базу

друг друга».

60 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

которыми компания столкнулась при разработке и

реализации проекта.

Исследовательским и практическим опытом

компании «Инновационные технологии» поделился

главный инженер Дмитрий Рауткин. Он рассказал

о новых, разработанных компанией эмульсионных

и мастичных системах, а также об инъекционных

составах и преимуществах и особенностях одно- и

двухкомпонентных гидроизоляционных инъекционных

систем.

Andrey Shilin, CEO, Triada Holding ZAO, Russia

(in the centre)

Андрей Шилин, Генеральный директор,

ЗАО «Триада-Холдинг», Россия (по центру)

The report of Alexander Bartashev, project

manager of Gazpromneft — Bituminous materials,

was devoted to the topic of modern bitumen-based

waterproofing materials. Two-component bitumenpolymer

waterproofing mastic developed by the

company was presented as an alternative to the

traditional roll technology and its advantages and a

wide range of its applications were noted.

Alexander Chubinishvili, Engineering

Waterproofing Division Manager of TechnoNICOL

Corporation, presented to the conference participants

the results of studies of waterproofing materials under

the influence of pressure, which showed a significant

difference in their behavior, thereby providing an

additional criterion when choosing their types.

All the speeches were received with great

attention and aroused interest — the participants did

not hesitate to start a dialogue with the speakers and

discuss their questions.

At the end of the first day, a gala dinner

dedicated to the opening of the conference was

organized for the participants. Enjoying the majestic

panoramas of Moscow, opened from the ship “Riviera”,

experts were able to continue their discussions in an

informal setting.

Доклад Александра Барташева, руководителя

проектов компании «Газпромнефть — Битумные

материалы», был посвящен теме современных гидроизоляционных

материалов на битумной основе.

В качестве альтернативы традиционной рулонной

технологии была представлена двухкомпонентная

битумно-полимерная гидроизоляционная мастика,

разработанная компанией, отмечены ее преимущества

и широкий спектр областей ее применения.

Руководитель направления «Инженерная гидроизоляция»

корпорации «ТехноНИКОЛЬ» Александр

Чубинишвили представил вниманию участников

конференции результаты исследований гидроизоляционных

материалов под воздействием давления, которые

продемонстрировали существенную разницу

в их поведении, тем самым предоставляя дополнительный

критерий при выборе их типов.

Все выступления были приняты с большим

вниманием и вызвали острый интерес — участники

не стеснялись вступить в диалог с докладчиками и

обсудить интересующие их вопросы.

В конце первого дня для участников был организован

праздничный гала-ужин, посвященный

открытию конференции. Наслаждаясь величественными

панорамами Москвы, открывавшимися с теплохода

«Ривьера», специалисты смогли продолжить

свои дискуссии в неформальной обстановке.

Второй день конференции начался с заседания

сессии по актуальным вопросам гидроизоляции тоннельных

и станционных сооружений метрополитенов.

Профессор Университета Тунцзи Юн Бай рассказал

о технологиях предотвращения различных видов

протечек при строительстве тоннелей с помощью

тоннелепроходческих машинных комплексов в Китае.

Галина Смирнова, ведущий научный сотрудник

ЦНИИС НИЦ «Тоннели и метрополитены»,

Dmitriy Lupanov (“BASF Construction

systems”): “Any conference is designed to ensure

that knowledge will "align" among the specialists

and experts who are united by the theme of this

conference — that they were in the same information

field. It definitely happened today”.

Дмитрий Лупанов («БАСФ Строительные

системы»): «Любая конференция предназначена

для того, чтобы среди специалистов и экспертов,

которых объединяет тема этой конференции,

"выровнялись" знания — чтобы они были

в одном информационном поле. Однозначно,

сегодня это произошло».

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

61


waterproofing | гидроизоляция

The second day of the conference began with

a session on topical issues of waterproofing of tunnel

and station structures of underground.

Professor of the Tongji University Yun Bai spoke

about the technologies to prevent various types of leaks

in the construction of tunnels using tunnel boring

machines in China.

Galina Smirnova, leading researcher of CSRIC

SRC “Tunnels and metros”, reviewed two normative

documents: STO NOSTROY 2.27-123-2013 for

waterproofing of transport tunnels and metros being

constructed by cut-and-cover method, that has been

developed based on years of research experience of

waterproofing materials. And STO NOSTROY 2.27.128-

2013 regulating the installation of membrane-type

waterproofing or by installing it on tunnel structures

in the construction of underground facilities with the

use of sprayed concrete method.

Engineer of technological Department of

JSC Metrostroy Dmitriy Shushukin spoke about

the application of waterproofing materials in the

construction of the “Novokrestovskaya” station in

Saint Petersburg. He presented the experience of

shallow metro station waterproofing, of the Top-Down

technology usage and also mentioned: waterproofing

of underground and above-ground parts of the station;

waterproofing of walls, bottoms, coverings, columns,

рассмотрела два нормативных документа: СТО НО-

СТРОЙ 2.27-123-2013 на гидроизоляцию транспортных

тоннелей и метрополитенов, сооружаемых открытым

способом, разработанный на основании

многолетнего опыта исследований гидроизоляционных

материалов, и СТО НОСТРОЙ 2.27.128-2013,

регламентирующий устройство гидроизоляции мембранного

типа или методом напыления на тоннельные

конструкции при строительстве подземных сооружений

горным способом с применением обделок

из набрызг-бетона.

Инженер технологического отдела ОАО «Метрострой»

Дмитрий Шушукин рассказал о применении

гидроизоляционных материалов при строительстве

станции «Новокрестовская» в Санкт-Петербурге.

Им был представлен опыт гидроизоляции станции

метрополитена мелкого заложения, открытого способа

работ по технологии Топ-Даун, а также рассмотрены:

гидроизоляция подземных и надземных частей

станции, гидроизоляция стен, днища, покрытия,

колонн, части примыкания двухпутного тоннеля к

станции, применение различных гидроизоляционных

напыляемых, наплавляемых, нагнетаемых материалов,

гидрошпонок и шнуров.

После небольшой кофе-паузы деловую программу

продолжили представители Московского

метрополитена. Михаил Сучков, начальник комплекса

тоннельных работ Дирекции строящегося

Valeriy Merkin (“SRC Tunnel Association"):

“The conference deals with current trends, interesting

designs, presents effective materials. I note the high

professional level of the participants”.

Валерий Меркин («НИЦ Тоннельной ассоциации»):

«Рассмотрены актуальные направления,

интересные конструктивные решения, представлены

эффективные материалы. Отмечаю высокий

профессиональный уровень участников».

62 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

parts of the adjacent double-track tunnel to the station;

application of various waterproofing sprayed, deposited,

injected materials; waterstops and cords.

After a short coffee break, representatives of the

Moscow metro continued the business program. Mikhail

Suchkov, head of the tunnel works complex of the

Metro construction directorate of the Moscow metro,

and Gleb Potapov, head of the production department

of the Metro construction directorate, spoke about

the development of the natural and technical zone

of the underground space and development plans of

the Moscow metro until 2021. By 2021, Moscow city

administration plans to launch more than 50 stations,

lay more than 125 kilometers of the metro line and

build seven electric depots to serve these facilities.

During their speech, they also talked about the Big

Metro circle line — problems and solutions, plans and

prospects, schedules and deadlines.

Alfred Haack, consultant of the Association for

the study of underground transportation facilities

(STUVA e.V.), the ex-President of the International

Tunneling Association, devoted his report to

construction of the metro in Frankfurt am Main and

the processes of technical and economic justifications

Gleb Potapov, head of the production department

of the Metro construction directorate

Глеб Потапов, начальник производственного

отдела Дирекции строящегося метрополитена

Galina Smirnova, leading researcher of CSRIC

SRC “Tunnels and metros”

Галина Смирнова, ведущий научный сотрудник

ЦНИИС НИЦ «Тоннели и метрополитены»

метрополитена ГУП «Московский метрополитен», и

Глеб Потапов, начальник производственного отдела

Дирекции строящегося метрополитена, рассказали

об освоении природно-технической зоны подземного

пространства и о планах развития метрополитена

Москвы до 2021 г. К 2021 г. администрация города

Москвы планирует запустить более 50 станций,

проложить более 125 километров линии метро и построить

семь электродепо для обслуживания данных

сооружений. В ходе своего выступления они также

рассказали о Большой кольцевой линии метро —

проблемах и решениях, планах и перспективах, графиках

и сроках.

Альфред Хаак, консультант Ассоциации по исследованию

подземных транспортных сооружений

(STUVA e.V.), экс-президент Международной тоннельной

ассоциации, посвятил свой доклад строительству

объекта метрополитена во Франкфурте-на-Майне и

процессам технических и экономических обоснований

применения гидроизоляционных шпонок, а также

привел результаты испытаний гидроизоляции по

Dmitriy Rautkin (“NPO INNOTECH”):

“Group of companies "Innoteh" thanks the organizers

for the opportunity to speak and present their latest

developments. The range of issues discussed is

relevant, and we will continue to take part in the

conference with great interest”.

Дмитрий Рауткин («НПО Иннотех»):

«Группа компаний "Иннотех" благодарит организаторов

за возможность выступить и представить

свои новейшие разработки. Круг обсуждаемых

вопросов актуален — мы с большим интересом

будем и впредь принимать участие в конфереции».

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

63


waterproofing | гидроизоляция

for the application of waterstops, gave test results of

waterproofing for different methods and presented the

most efficient solutions.

Tengiz Kobidze, chief specialist of the regulatory

and technical Department of Mosinzhproekt JSC,

closed the session. He raised the problem of the use

of sprayed materials with double-sided adhesion,

presented a reliable and maintainable waterproofing

system for underground facilities of the cut-and-cover

method of work, including structural elements of the

linings, the outer insulated surface of which has no free

access for the application of traditional waterproofing

coatings. The speech caused an active discussion and

различным методикам и представил наиболее эффективные

варианты решений.

Заседание сессии закрыл Тенгиз Кобидзе, главный

специалист нормативно-технического отдела АО

«Мосинжпроект». Он поставил проблему использования

напыляемых материалов с двухсторонней адгезией,

представил надежную и ремонтопригодную

гидроизоляционную систему для подземных сооружений

открытого способа работ, в том числе с конструктивными

элементами обделок, наружная изолируемая

поверхность которых не имеет свободного

доступа для нанесения традиционных гидроизоляционных

покрытий. Выступление вызвало активную

great interest of the participants, who asked the speaker

questions for more than half an hour.

In addition, the conference included three

thematic sections: a session on modern materials for

waterproofing and repair of underground and embedded

structures, a Round table “Development of underground

infrastructure. Lack of legal regulation” and a meeting

of heads of services of underground tunnel facilities.

At the session on modern waterproofing

materials reports were made by leading experts

of companies-market leaders. Dmitriy Lupanov,

BASF Construction systems segment manager for

waterproofing and protection of concrete, raised

issues of implementation of advanced technologies

for protection of foundations and underground parts

of buildings from groundwater, as well as analyzed

domestic and foreign regulations.

Alexander Glushchenko, general director of

the company “RusInject”, urged to pay attention to

the situation of production of injection materials in

дискуссию и большой интерес участников, которые

более получаса задавали докладчику вопросы.

Кроме того, в рамках конференции прошли

три тематические секции: сессия по современным материалам

для гидроизоляции и ремонта подземных

и заглубленных сооружений, Круглый стол «Развитие

подземной инфраструктуры. Дефицит правового

регулирования» и совещание руководителей служб

тоннельных сооружений метрополитенов.

На сессии по современным гидроизоляционным

материалам выступили ведущие специалисты

компаний-лидеров рынка. Дмитрий Лупанов, сегмент-менеджер

«БАСФ Строительные системы» по

гидроизоляции и защите бетона, поднял вопросы

внедрения передовых технологий защиты фундаментов

и подземных частей зданий от грунтовых вод, а

также проанализировал отечественные и зарубежные

нормативные документы.

Александр Глущенко, генеральный директор

компании «РусИнжект», призвал обратить внимание

на ситуацию с производством инъекционных

64 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

Russia. He also spoke about the features of the injection

materials market.

The leading specialist in injection technologies of

MC-Bauchemie Evgeniy Zakharyin presented the results

of the study of the technology of restoration of external

waterproofing of underground structures, conducted

at the Institute of applied Sciences of Dortmund, and

justified the advantages of this technology and the

experience of its use at facilities in Germany.

At the Round table, chaired by the general

director of “Association of Underground Builders”

Sergey Alpatov topical issues were discussed: the

need to improve and refine the legal, regulatory, and

technical documents, the complexity of adaptation

and application of foreign regulatory frameworks,

the revival of construction science. In addition, the

necessary conditions for increasing the investment

attractiveness of the industry as a whole were

considered.

At the meeting of the heads of tunnel

constructions services under the chairmanship of

материалов в России. Он также рассказал об особенностях

рынка инъекционных материалов.

Ведущий специалист по инъекционным технологиям

«Эм-Си Баухеми» Евгений Захарьин привел

результаты исследования технологии восстановления

наружной гидроизоляции подземных конструкций,

проведенного в Институте прикладных наук Дортмунда,

а также обосновал преимущества данной

технологии и опыт ее использования на объектах в

Германии.

На Круглом столе под председательством генерального

директора «Объединения подземных

строителей» Сергея Алпатова обсуждались вопросы

необходимости совершенствования и доработки

нормативно-правовых и нормативно-технических

документов, сложности адаптации и применения

иностранных нормативных баз, возрождения строительной

науки. Кроме того, были рассмотрены необходимые

условия для привлечения инвестиций

и повышения инвестиционной привлекательности

отрасли в целом.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

65


waterproofing | гидроизоляция

Participants of the heads’ of tunnel construction

services meeting. Chairman — Dmitriy Golovin

Участники совещания руководителей

служб тоннельных сооружений. Председатель —

Дмитрий Головин

Dmitriy Golovin representatives of Baku, Yekaterinburg,

Nizhny Novgorod, Minsk, Moscow and Tbilisi metros

shared their experiences, discussed problems and

solutions in waterproofing and water inflow control,

analyzed the features of different waterproofing

materials, reviewed existing technologies and

equipment. Each presentation caused a lively discussion

and a large number of questions.

The long-awaited lecture of Andrey Shilin,

devoted to modern normative approaches to

waterproofing of underground and embedded

structures, closed the business program of the

conference. He spoke about the launch of two

concrete plants, cooperation with foreign colleagues,

participation in the development of GOST on

penetrating materials and much more. Despite the

busy and eventful day, the participants listened to the

lecture with great interest and applauded the speaker.

The final chord of the conference was a visit to

the construction site of the Moscow metro. Participants

were offered a technical tour to the metro station

“Rasskazovka”, one of the seven stations of the Solntsevo

line, which should simultaneously open in the summer

of 2018. During the tour, Sergey Zakhidov, head of

the tunnel works complex of the Metro construction

directorate of the Moscow metro, lead the participants

through the adjacent metro areas, foyer and lobby

of the station and presented the main architectural

concept of the station — the interlacing of the decorator

style of art Deco and the space of the classical reading

room of the library. In addition, the participants

had the opportunity to get acquainted with modern

technologies of waterproofing and discuss their issues

with experts of the Moscow metro.

The participants appreciated the high level of

organization of the conference, the unique experience

presented in the reports by highly qualified specialists,

На совещании руководителей служб тоннельных

сооружений под председательством Дмитрия

Головина своим опытом поделились представители

Бакинского, Екатеринбургского, Нижегородского,

Минского, Московского и Тбилисского метрополитенов,

обсудили проблемы и решения в области гидроизоляции

и регулировки водопритока, проанализировали

особенности различных используемых

гидроизоляционных материалов, рассмотрели применяемые

технологии и оборудование. Каждое выступление

вызвало оживленное обсуждение и большое

количество вопросов.

Закрыла деловую программу конференции

долгожданная лекция Андрея Шилина, посвященная

современным нормативным подходам к гидроизоляции

подземных, заглубленных сооружений. Он рассказал

о запуске двух заводов по производству бетона,

сотрудничестве с зарубежными коллегами, об участии

в разработке ГОСТа о пенетрирующих материалах и

о многом другом. Несмотря на загруженный и насыщенный

день, участники с большим интересом прослушали

лекцию и аплодировали докладчику.

Заключительным аккордом конференции стало

посещение строящегося объекта Московского метрополитена.

Участникам была предложена техническая

экскурсия на станцию метро «Рассказовка», одну из

семи станций Солнцевской линии, которые должны

одновременно открыться летом 2018 г. В ходе экскурсии

Сергей Захидов, начальник комплекса тоннельных

работ Дирекции строящегося метрополитена ГУП

«Московский метрополитен», провел участников по

прилежащим к метро территориям, фойе и вестибюлю

станции и представил основную архитектурную

концепцию станции — переплетение декораторского

стиля ар-деко и пространства классического читального

зала библиотеки. Кроме того, участникам была

предоставлена возможность ознакомиться с современными

технологиями гидроизоляции и обсудить

интересующие их вопросы со специалистами Московского

метрополитена.

Слушатели оценили высокий уровень организации

конференции, уникальный опыт, представленный

в докладах высококвалифицированными специалистами,

отдали должное современным тенденциям

66 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

paid tribute to the current trends in the development

of technologies in the field of waterproofing in Russia

and abroad.

We would like to thank all of the speakers

and participants of the conference and exhibition

“AquaStop”. We hope that the event gave the

participants new experience and knowledge, helped

to establish contacts and helped the development of

the waterproofing industry in Russia and abroad. The

next conference and exhibition “AquaStop” will open

its doors in April 2020, and we will be glad to see all

of the participants again.

развития технологий в области гидроизоляции в России

и за рубежом.

Хотелось бы поблагодарить всех докладчиков

и участников конференции и выставки “AquaStop”.

Надеемся, что мероприятие подарило участникам

новый опыт и новые знания, помогло наладить контакты

и придало импульс развитию гидроизоляционной

отрасли в России и за рубежом. Следующая

конференция и выставка “AquaStop” откроет двери

в апреле 2020 г., и мы будем рады увидеть всех участников

вновь.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

67


waterproofing | гидроизоляция

UDC // УДК 699.822

Chubinishvili, A. T., Engineering Waterproofing Division Manager of TechnoNIСOL;

Tsybenko, A. V., Senior Engineering Expert of Engineering Waterproofing Division of TechnoNIСOL;

Ilyin, D. A., Ph.D. in Engineering Science, Technical Expert of Engineering Waterproofing Division

and Planter of TechnoNIСOL

THE STUDIES OF RESISTANCE OF

WATERPROOFING MEMBRANES

TO THE IMPACT OF HYDROSTATIC

PRESSURE ON ROUGH SURFACE

Чубинишвили А. Т., руководитель направления Инженерная гидроизоляция, компания ТехноНИКОЛЬ;

Цыбенко А. В., ведущий технический специалист направления

Инженерная гидроизоляция, компания ТехноНИКОЛЬ;

Ильин Д. А., к.т.н., технический специалист направления Инженерная

гидроизоляция и Planter, компания ТехноНИКОЛЬ, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ

ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МЕМБРАН

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО

ДАВЛЕНИЯ НА НЕРОВНОЙ

ПОВЕРХНОСТИ ОСНОВАНИЯ

Abstract

The studies of resistance of waterproofing

membranes to the impact of hydrostatic pressure on

rough surface were conducted. Membranes based on

polyvinyl chloride (PVC), thermoplastic polyolefins

(TPO), high-density polyethylene (HDPE) and polymermodified

bitumen (PMB) were tested. The study revealed

significant difference between the waterproofing materials.

The results of studies allow to propose the criterion for

choosing of waterproofing material in accordance with

hydrogeological conditions of a construction site.

Key words: underground waterproofing, polymeric

membranes, hydraulic structures, resistance to hydrostatic

pressure, rolled bitumen-polymer materials, bitumenpolymer

membrane

Introduction

To date, rolled polymer membranes (PM) are

widely used in transport, industrial and hydraulic

engineering facilities, acting as an alternative to

traditional bitumen and bitumen-polymer materials.

High strength, elasticity, water resistance, flexibility at

negative temperatures, durability and other performance

characteristics of polymeric materials allow to solve the

Аннотация

Проведено исследование устойчивости гидроизоляционных

мембран на основе поливинилхлорида

(ПВХ), термопластичных полиолефинов (ТПО),

полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и полимермодифицированного

битума (ПМБ) к воздействию

гидростатического давления при укладке на неровную

поверхность. Выявлены существенные различия

между материалами по этому показателю. Результаты

испытаний позволяют предложить критерий при

выборе гидроизоляционного материала с учетом гидрогеологических

условий строительства.

Ключевые слова: подземная гидроизоляция,

полимерные мембраны, гидротехнические сооружения,

устойчивость к гидростатическому давлению,

битумно-полимерные рулонные материалы, битумно-полимерные

мембраны

Введение

Рулонные полимерные мембраны (ПМ) широко

применяются на объектах транспортного, промышленного

и гидротехнического строительства,

выступая альтернативой традиционным битумным

и битумно-полимерным материалам. Высокая прочность,

эластичность, водостойкость, гибкость при отрицательных

температурах, долговечность и другие

68 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

issues of structures waterproofing at high quality standard

[1, 2, 3].

When developing underground space, polymeric

materials are used as a secondary protection of concrete

structures against the negative effects of corrosion and

groundwater. In the construction of hydraulic structures

PM are used as antifiltration screens to prevent leaks from

artificial reservoirs and to protect concrete dams.

When these objects are in service, insulating

materials perceive significant loads, caused by the weight

of the structure and water pressure. It is important for

the material to retain its waterproofing properties. In

order to minimize the negative external impact, special

attention should be given to the quality of preparation of

a foundation. The main requirements to the foundation

are the absence of deviations in the flatness of more than

5–10 mm, protruding and sharp elements.

Often in practice, the preparation of a foundation

for waterproofing is not given enough attention, as a

result, waterproofing is laid on an uneven foundation

(Fig. 1). The installation of waterproofing on rough,

unprepared foundation is associated with the risk of

its damage in the areas of sharp protrusions. Neglect of

protective measures and the use of inappropriate materials

may result in the significant economic costs during the

operation of structures and buildings. As an example,

we can mention the project of the special economic zone

“Altai Valley”, which was to become the largest resort

and tourist complex in the Altai. As part of the complex,

a 50 hectare lake was planned, but mistakes made at

the stage of selection of insulating material, design and

installation of the structure did not allow the project

to be implemented [4], although significant financial

investments have been made.

The purpose of this study was to examine the

stability of waterproofing materials on a different basis

to the effects of hydrostatic pressure when laying them

on an uneven surface.

эксплуатационные свойства полимерных материалов

позволяют качественно решать задачи по изоляции

конструкций от воды [1, 2, 3].

При строительстве гидротехнических сооружений

ПМ используются в качестве противофильтрационных

экранов для предотвращения утечек из

искусственных водоемов и защиты бетонных плотин.

В процессе эксплуатации изоляционные материалы

воспринимают значительные нагрузки, вызванные

весом конструкции и давлением воды. Важно,

чтобы при этом материал сохранял свои гидроизоляционные

свойства. С целью минимизации негативного

внешнего воздействия особое внимание следует

уделять качеству подготовки основания. Основное

требование к основаниям — отсутствие отклонений

ровности более 5–10 мм, а также выступающих

и острых элементов.

Зачастую подготовке основания под гидроизоляцию

уделяется недостаточно внимания, и

гидроизоляция укладывается на неровное основание

(рис. 1). Монтаж гидроизоляции на грубые, неподготовленные

основания сопряжен с риском ее повреждения

на острых выступах. Пренебрежение защитными

мероприятиями и использование несоответствующих

материалов могут привести к значительным экономическим

затратам в ходе эксплуатации сооружений и

зданий. В качестве примера можно привести проект

особой экономической зоны «Алтайская долина», который

должен был стать крупнейшим курортно-туристическим

комплексом на Алтае. В составе комплекса

планировалось озеро площадью 50 га, однако ошибки,

допущенные на этапе выбора изоляционного материала,

проектирования и монтажа сооружения, не позволили

реализовать этот проект [4], хотя значительные

финансы были вложены.

Цель настоящего исследования — изучить

устойчивость гидроизоляционных материалов на

различной основе к воздействию гидростатического

давления при укладке на неровную поверхность.

Исследуемые материалы

Для оценки устойчивости к неровному основанию

в работе были изучены три вида полимерных

мембран и один вид битумно-полимерного материала.

1. Неармированная мембрана на основе пластифицированного

поливинилхлорида (ПВХ-П);

2. Неармированная мембрана на основе термопластичного

полиолефина (ТПО);

3. Неармированная мембрана на основе полиэтилена

высокой плотности (ПЭНД);

Fig. 1. Examples of rough surface for waterproofing

Рис. 1. Примеры неровной поверхности под

гидроизоляцию

4. Битумно-полимерный рулонный материал, армированный

полиэфирной сеткой (БПРМ).

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

69


waterproofing | гидроизоляция

Materials under examination

Three types of polymer membranes and one kind

of bitumen-polymer material were studied in this paper

to evaluate the resistance to an uneven ground.

1. Unreinforced membrane based on plasticized

polyvinyl chloride (PVC-P).

2. Unreinforced membrane based on thermoplastic

polyolefins (TPO).

3. Unreinforced membrane based on high-density

polyethylene (HDPE).

4. Bitumen-polymer rolled material reinforced by

polyether mesh (BPRM).

Main properties of the materials are given in Table 1.

Основные свойства материалов приведены в табл. 1.

Описание экспериментальной

установки

Для проведения исследования была спроектирована

и сконструирована экспериментальная установка.

За основу была взята установка, описанная в

работе [5]. Она представляет собой сосуд, состоящий

из двух частей. Нижняя часть является стационарной

подставкой, на которой моделируется неровное

основание в зависимости от решаемой задачи. Тестируемый

образец укладывается на смоделированную

поверхность.

Верхняя часть установки съемная, куполообразной

формы. Здесь расположены два смотровых

окна для наблюдения за ходом эксперимента и

Table 1.

Таблица 1.

Characteristics of materials under examination

Характеристики исследуемых материалов

Characteristics //

Характеристики

Measur.

unit //

Ед. изм.

Testing method //

Метод испытания

Kind of materia // Вид материала

Polymer rolled material // Полимерные рулонные

PVC-P // П-ПВХ TPO // ТПО PVP // ПВП

Thickness, mm // Толщина, мм

Tensile strength at break //

Прочность при разрыве

Lengthwise // Вдоль

Transverse // Поперек

Elongation at break //

Удлинение при разрыве

Resistance to static loading //

Сопротивление статическому

продавливанию

Waterproofing //

Водонепроницаемость

Mass of 1 m² // Масса 1 м²

Breaking force at expansion//

Разрывная сила при

растяжении

Waterproofing //

Водонепроницаемость

mm // мм

GOST EN 1849-2 //

ГОСТ EN 1849-2

MPa //

МПа GOST 31899-2 Method B //

ГОСТ 31899-2 метод В 16

15

350

%

kg // кг


kg // кг

GOST EN 12730 //

ГОСТ EN 12730

GOST EN 1928 // ГОСТ EN 1928

Method B // Метод В

1,5; 2 1,5; 2 2

15

15

600

25

25

700

20 25 30

At 1MPa within

24 hours // при 1

МПа в течение 24

часов

At 1MPa within

24 hours // при 1

МПа в течение 24

часов

Bitumen and polymer rolled material //

Битумно-полимерный рулонный

At 0,3 MPa within

3 hours // при 0,3

МПа в течение 3

часов

Н

According to Manufacturer’s

technical specification //

По технической спецификации

900

производителя


At 0.2 MPa within 24 hours // при 0,2 МПа в течение 24 часов

At 0.5 MPa within 6 hours // при 0,5 МПа в течение 6 часов

5

Description of the experimental assembly

An experimental assembly was designed and

constructed for research practice. The installation

described in [5] was taken as a basis. The installation

for research is a vessel consisting of two parts. The lower

part is a stationary stand, on which an uneven base is

modelled, depending on the problem being solved. The

test sample is placed on the simulated surface.

The upper part of the installation is removable and

has a domed shape. There are two observation windows

for observing the progress of the experiment and lighting

освещения внутреннего пространства. Через верхнюю

часть нагнетается вода под давлением. Контроль

гидростатического давления осуществляется

манометром. Общий вид испытательной установки

представлен на рис. 2.

Порядок проведения исследования

Порядок проведения исследования включал в

себя следующие этапы:

70 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

the interior space. Water is injected through the upper

part under pressure. The hydrostatic pressure is monitored

by a manometer. A general view of the test installation

is shown in Fig. 2.

1. На нижней части испытательной установки

имитировали неровное основание: укладывали

и утрамбовывали слой песка, на который

устанавливали бетонные четырехугольные

пирамиды высотой 50 мм. Угол при вершине

равен 60°. Вид смоделированного основания

представлен на рис. 3.

2. На подготовленное основание укладывали исследуемый

образец материала диаметром 530 мм.

3. Далее устанавливали верхнюю часть, которую

соединяли с нижней частью и герметизировали

болтовыми соединениями.

4. Через верхнюю часть подавали воду и создавали

гидростатическое давление с равномерной

скоростью. Давление нагнетали до момента

нарушения целостности образца либо до значения

2,0 МПа.

Fig. 2. General view of experimental installation

Рис. 2. Общий вид экспериментальной установки

Research procedure

The research procedure includes the following stages:

1. An uneven base was modelled on the lower part

of the test installation. For this purpose, a layer of

sand was laid and tamped, on which 50 mm high

concrete quadrangular pyramids were installed.

The vertex angle is 60°. The type of the modelled

foundation is shown in Fig. 3.

2. A sample of material with a diameter of 530 mm

was placed on the prepared foundation.

3. The upper part was then installed, which was

connected to the lower part and sealed with bolted

connections.

4. Water was supplied through the upper part and

hydrostatic pressure was created at a uniform rate.

The pressure was pumped until the integrity of the

sample was violated, or to 2.0 MPa.

5. The behaviour of the sample with increasing

pressure was observed through the inspection

windows.

6. After the pressure was removed, the ability of the

tested samples to return to the original geometric

shape was evaluated.

In the event that a material integrity violation

did not occur, the sample was held under pressure for

24 hours.

5. Через смотровые окна наблюдали за поведением

образца при повышении давления.

6. После снятия давления оценивали способность

испытанных образцов возвращаться к исходной

геометрической форме.

Если нарушения целостности материала не

происходило, образец выдерживали под давлением

в течение 24 часов.

Единовременно на испытательной площадке

размещали пять пирамид. Таким образом, при каждом

эксперименте материал тестировался в пяти точках.

Для каждого материала эксперимент проводился

два или три раза. Количество повторов эксперимента

для каждого материала приведено в табл. 2.

Результаты исследования

Результаты эксперимента приведены в табл. 3.

Мембраны ПВХ. В ходе эксперимента повреждений

ПВХ мембран и той и другой толщины не произошло.

Мембраны сохранили целостность при гидростатическом

давлении 2 МПа в течение 24 часов

на всех тестовых участках, как показано на рис. 4.

Мембраны ТПО. В ходе эксперимента наблюдалось

2 случая повреждений мембран ТПО, по одному

случаю для каждой толщины. Для толщины 1,5 мм

разрыв произошел при давлении 1,8 МПа, для толщины

2,0 мм повреждение произошло при давлении

2 МПа. Остальные образцы выдержали давление 2,0

МПа в течение 24 часов.

Мембраны ПЭНД. Разрыв образцов мембраны

на основе полиэтилена высокой плотности произошел

на вершинах пирамид при давлении 0,06 МПа

на всех тестовых участках (рис. 5).

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

71


waterproofing | гидроизоляция

а)

б)

Fig. 3. Appearance of the prepared uneven foundation: a) side view; b) top view

Рис. 3. Внешний вид подготовленного неровного основания: а) вид сбоку; б) вид сверху

At the same time 5 pyramids were placed on the

test site. Thus, for each experiment, the material was

tested at 5 points. For each material, the experiment was

carried out 2 or 3 times. The number of repetitions of the

experiment for each material is given in Table 2.

Table 2.

Number of experiment cycles for each material

Таблица 2. Количество повторов испытаний для каждого

материала


Membrane type

// Тип

мембраны

Membrane

thickness, mm

// Толщина

мембраны, мм

Number of

experiment cycles

// Количество

повторов

эксперимента

1 PVC // ПВХ-П 1,5 2

2 PVC // ПВХ-П 2,0 2

3 TPO // ТПО 1,5 2

4 TPO // ТПО 2,0 2

Битумно-полимерный материал. Разрыв образцов

битумно-полимерного рулонного материала

произошел на вершинах пирамид при давлении 0,08

МПа на всех тестовых участках.

Через 48 часов после снятия давления оценивалась

способность испытанных материалов восстанавливать

исходную геометрическую форму.

В наибольшей степени исходную форму вернули образцы

ПВХ мембраны, причем мембрана толщиной

2 мм восстановила форму в большей степени. Существенно

в меньшей степени восстановились образцы

ТПО мембран (рис. 6).

Так как при испытании всех образцов полиэтиленовой

мембраны и битумно-полимерного материала

произошли разрывы, то оценить их способность

возвращаться к исходному состоянию не представлялось

возможным.

5 HDPE // ПЭНД 2,0 3

6 BPRM // БПРМ 4,0 3

Table 3.

Results of tests of waterproofing materials

Таблица 3. Результаты испытаний гидроизоляционных материалов

№ Item

No. //

№п/п

Membrane type

// Тип

мембраны

Membrane

thickness, mm

// Толщина

мембраны, мм

Hydrostatic

pressure, MPa //

Гидростатическое

давление, МПа

Number of test

sections* //

Количество

тестовых

участков*

Number of damaged

areas // Количество

мест повреждений

Places of damage //

Места повреждений

1 PVC // ПВХ-П 1,5 2 10 0 —

2 PVC // ПВХ-П 2,0 2 10 0 —

3 TPO // ТПО 1,5 1,8 10 1

On a verge of a pyramid //

На грани пирамиды

4 TPO // ТПО 2,0 2,0 10 1

On a verge of a pyramid //

На грани пирамиды

5 HDPE // ПЭНД 2,0 0,06 15 15

On a vertex of a

pyramid // На вершине

пирамиды

6 BPRM // БПРМ 4,0 0,08 15 15

On a vertex of a

pyramid // На вершине

пирамиды

*5 test areas for each cycle of the experiment. // *Пять тестовых участков на каждый повтор эксперимента.

72 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


waterproofing | гидроизоляция

Research results

The results of the experiment are given in

Table 3.

PVC membranes. During the experiment PVC

membranes of both thicknesses were not damaged.

Membranes retained their integrity at a hydrostatic

pressure of 2 MPa for 24 hours in all test areas

(Fig. 4).

Fig. 4. A sample of a PVC membrane under hydrostatic

pressure of 2 MPa

Рис. 4. Образец мембраны ПВХ-П под гидростатическим

давлением 2 МПа

TPO membranes. In the course of the

experiment, 2 cases of damage to the TPO membranes

were observed. 1 case for each thickness. For a thickness

of 1.5 mm, a break occurred at a pressure of 1.8 MPa,

for a thickness of 2.0 mm, the damage occurred at

a pressure of 2 MPa. The remaining samples held a

pressure of 2.0 MPa for 24 hours.

HDPE membranes. The rupture of membrane

samples based on high-density polyethylene occurred

at the tops of the pyramids at a pressure of 0.06 MPa

in all test areas (Fig. 5).

Выводы

Проведенные испытания показали, что исследуемые

гидроизоляционные материалы существенно

различаются по стойкости к воздействию давления

при неровной поверхности. Наиболее устойчивыми

оказались мембраны на основе ПВХ. За ними следуют

мембраны на основе ТПО. Битумно-полимерные

материалы и мембраны на основе полиэтилена выдержали

наименьшее гидростатическое давление.

Следует отметить, что при выборе гидроизоляционного

материала основными показателями

являются прочностные характеристики. Анализ

представленных в табл. 1 данных показывает, что

наилучшими показателями по прочности и удлинению

при разрыве обладают мембраны на основе полиэтилена

высокой плотности. Однако в данном эксперименте

мембраны ПЭНД выдержали наименьшее

гидростатическое давление. Такое поведение материала

объясняется тем, что предел текучести ПЭНД

наступает при относительно малом удлинении — до

10 % [5]. После прохождения предела текучести в материале

начинают происходить необратимые структурные

изменения, появляются значительные пластические

деформации, а прочностные характеристики

существенно снижаются.

Полученные результаты свидетельствуют о

необходимости тщательной подготовки основания

под гидроизоляцию. В первую очередь это касается

битумно-полимерных материалов и полиэтиленовых

мембран. Рельеф, смоделированный в условиях эксперимента,

являлся экстремальным. Неровности такого

характера редко встречаются на строительных

площадках, однако следует помнить, что воздействие

давления на гидроизоляцию происходит постоянно,

что в конечном итоге будет приводить к сходным повреждениям,

зафиксированным в эксперименте и на

меньших неровностях. Особенно высоки эти риски

Bitumen and polymer material. The rupture of

samples of bitumen polymer rolled material occurred

at the tops of the pyramids at a pressure of 0.08 MPa

in all test areas.

48 hours after the release of pressure, the

ability of the tested materials to restore the original

geometric shape was assessed. The samples of the PVC

membrane turned back to their original shape to the

highest degree, the membrane with a thickness of 2

mm restored the shape to a greater extent. The samples

of TPO membranes restored their original shape to a

lesser extent (Fig. 6).

Since all the samples of the polyethylene

membrane and the bitumen-polymer material were

broken, it was not possible to assess their ability to

return to their original state.

Fig. 5. A sample of a HDPE membrane under hydrostatic

pressure of 0.06 MPa

Рис. 5. Образец мембраны ПЭНД под гидростатическим

давлением 0,06 МПа

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

73


waterproofing | гидроизоляция

Conclusions

The test results have demonstrated that different

waterproofing materials differ significantly in terms of

resistance to pressure with an uneven surface. PVC-based

membranes turned out to be the most stable ones. They

are followed by TPO-based membranes. Bitumen-polymer

materials and polyethylene based membranes withstood

the least hydrostatic pressure.

It should be noted that when choosing a

waterproofing material, the strength characteristics are

often the main indicators. Data analysis presented in

Table 1 shows that membranes based on high-density

polyethylene have the best indices of strength and

elongation at break. However, in this experiment, HDPE

membranes withstood the lowest hydrostatic pressure.

This behaviour of the material is explained by the fact

that the yield strength of HDPE comes with a relatively

small elongation — up to 10 % [5]. After passing through

the yield point, irreversible structural changes occur in

the material, significant plastic deformations appear and

strength characteristics are significantly reduced.

The results indicate the need for thorough

preparation of the foundation for waterproofing. First

of all, this applies to bitumen-polymer materials and

polyethylene membranes. The relief modelled under the

experimental conditions was extreme. Irregularities of

this nature is rarely found on construction sites, however,

it should be remembered that in reality the effect of

pressure on the waterproofing occurs continuously, which

in the end will lead to similar damage recorded in the

experiment and on smaller irregularities. These risks are

especially high for materials with low recovery ability,

since the preservation of deformation after removal of

the impact indicates the irreversible structural changes

in the material.

The proposed method allows assessing the stability

of various types of waterproofing materials to the effect

of pressure on an uneven foundation, which may be

a criterion in the choice of waterproofing taking into

account the hydrogeological conditions of construction.

Будьте

с нами

#ALITinform

Fig. 6. Samples of PVC and TPO membranes after pressure

release (1 — PVC membrane 2.0 mm; 2 — PVC

membrane 1.5 mm; 3 — TPO membrane 1.5 mm)

Рис. 6. Образцы мембран ПВХ и ТПО после снятия

давления (1 — Мембрана ПВХ 2,0 мм; 2 — Мембрана

ПВХ 1,5 мм; 3 — Мембрана ТПО 1,5 мм)

для материалов с низкой способностью к восстановлению,

так как сохранение деформации после снятия

воздействия свидетельствует о происходящих

в материале необратимых структурных изменениях.

Предложенная методика позволяет получить

оценку устойчивости различных видов гидроизоляционных

материалов к воздействию давления на

неровном основании, которая может являться критерием

при выборе гидроизоляции с учетом гидрогеологических

условий строительства.

References // Литература

1. Шилин А.А., Зайцев М.В., Золотарев И.А., Ляпидевская

О.Б. Гидроизоляция подземных и

заглубленных сооружений при строительстве

и ремонте. Тверь: Изд-во «Русская торговая

марка», 2003. — 396 с.

2. Безруков А.В. Применение гидроизоляционных

материалов при устройстве подземных частей

зданий и сооружений // Градостроительство.

2013. № 6 (28). С. 69–72.

3. Чубинишвили А.Т. Применение специализированных

гидроизоляционных мембран в

подземном строительстве // Метро и тоннели.

2015. № 6. С. 31–33.

4. Путивский С.А. «Долина Алтая» — работа над

ошибками // Инженерная защита. 2016. №2 (13).

С. 22–25.

5. Scuero, A. et al. Geomembrane sealing systems for

dams. Design principles and review of experience

// Bulletin 135. 2009. — 240 p.

74 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


market | рынок

UDC // УДК 666.9.03:339.1

Zyuzya, S. Yu., General Manager, “Sika Russia”; Ibragimov, S. А. , Head of Research and

Development Department “Sika Russia”; Yalymov, А. I., Chemical Engineer “Sika Russia”

TECHNOLOGY LOCALIZATION AND

EMPLOYMENT OF LOCAL RAW MATERIALS BY

SIKA: SUCCESSES, PROBLEMS, PERSPECTIVES

Зюзя С. Ю. , генеральный директор ООО «Зика»; Ибрагимов С. А., руководитель отдела

исследований и разработок ООО «Зика»; Ялымов А. И., химик-технолог ООО «Зика»

ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВ И

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО

СЫРЬЯ КОМПАНИЕЙ SIKA: УСПЕХИ,

ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ

Summary

It has been 15 years since global Sika company had

opened its Russian branch. Within this period company

has grown from pure import operations to leading

Russian producer of various construction products

(i.e. concrete admixtures, polycarboxylates (PCE), dry

mortars, epoxy floorings, PVC membranes). Our deepest

localization was that of concrete admixtures production

as well as of PCEs — key raw material for concrete

admixtures production. In present work we want to

describe key steps of development of concrete admixture

target market of our business in Russian Federation.

Influence of Russian concrete admixture market and

availability of local raw materials for admixture and

PCE production on Sika Russia production projects will

be discussed in this paper. We will also discuss current

market of modern superplasticizers for concrete and give

our recommendations for development of construction

market in general and of modern superplasticizers for

concrete market in particular.

Key words: superplasticizers, polycarboxylate esters,

PCE, ethylene oxide

Introduction

Global company Sika, established more than 100

years ago, is specialized in production of various products

for construction. Sika has opened its first office in Russia

in 2003. Gradually we became one of the leading Russian

producers of various materials (concrete admixtures,

polycraboxylates (PCEs), dry mortars, epoxy flooring

products, PVC membranes). We have achieved most

thorough domestication of raw materials for concrete

admixtures and PCE (key component for concrete

admixture production) manufacturing.

Аннотация

15 лет прошло со дня открытия международной

компанией «Зика» своего российского филиала. За это

время компания прошла длинный путь от офиса, торгующей

импортной продукцией, до ведущего российского

производителя самой разнообразной продукции

(добавки в бетон, поликарбоксилатные эфиры (ПКЭ),

сухие строительные смеси, эпоксидные полы, ПВХ мембраны).

Прежде всего мы локализовали производство

современных добавок в бетон и ключевого сырья для

их производства — ПКЭ. В данной статье мы хотим

рассказать об основных этапах развития нашего направления

добавок в бетон в Российской Федерации; о

том, как российский рынок и наличие (или отсутствие)

локального сырья для производства добавок в бетон и

ПКЭ влияли на наши проекты по локализации наших

продуктов и производственных технологий в России.

Кроме того мы расскажем о текущем состоянии рынка

современных суперпластификаторов для бетона и

дадим рекомендации по развитию как строительного

рынка в целом, так и рынка современных суперпластификаторов

для бетона в частности.

Ключевые слова: суперпластификатор, поликарбоксилатные

эфиры, ПКЭ, окись этилена

Введение

«Зика» — международная компания, выпускающая

самые разнообразные материалы для строительства

уже более ста лет. История «Зики» в России

началась в 2003 году, когда в Москве был открыт первый

офис. За 15 лет нашего присутствия мы стали

ведущим российским производителем самой разнообразной

продукции (добавки в бетон, поликарбоксилатные

эфиры (ПКЭ), сухие строительные смеси,

эпоксидные полы, ПВХ мембраны). Наиболее глубоко

мы продвинулись в деле локализации добавок в бетон

76 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


market | рынок

We have opened first serious factory for concrete

admixture production in 2010 in Lobnya (Moscow region)

(Fig. 1).

Analogous object was opened in Saint-Petersburg

in 2011. In 2015 Sika Russia became chemical company

since we were the first (and so far the only) global

и ПКЭ, как ключевого компонента для производства

добавок в бетон.

Первое крупное предприятие по производству

добавок в бетон мы открыли в Лобне (Московская область)

в 2010 г. (рис. 1).

Fig. 1. Production history of Sika Russia

Рис. 1. История развития производства компании «Зика» в России

company which has launched PCE production. Reactor

was set in our factory in Lobnya. Same year we have

opened concrete admixture and dry mortar plants in

Volgograd in the course of our strategy to develop our

business in southern regions. Another concrete admixture

plant was built in Artem (Far East) in 2017 as part of our

strategy of developing business in eastern regions (Fig. 1).

After establishing PCE synthesis in Lobnya we

started active substitution of imported raw materials

with local analogues. Currently more than 50 % (mass.)

of reagents used for PCE production are purchased from

Russian suppliers.

We would like to discuss 4 localization steps which

were taken in the course of development of concrete

admixture production in Russia. Finally we will describe

current situation on Russian superplasticizers market and

recommend on development of construction market in

general and superplasticizers market in particular.

1-st step: “water localization”

According to standard practice of majority of foreign

companies working on a Russian market Sika has started

В 2011 г. аналогичный завод был построен в

Санкт-Петербурге. В 2015 г. — российский филиал

«Зика» перешел в разряд химических компаний, так

как мы первыми (и пока единственными) из международных

компаний открыли производство ПКЭ на

нашем предприятии в Лобне. В том же 2015 г. в рамках

развития бизнеса на Юг был открыт завод по производству

добавок в бетон в Волгограде, а в 2017 г., в

рамках продвижения бизнеса на Восток — в городе

Артём (Приморский край) (рис. 1).

Запустив химический синтез ПКЭ мы стали

активно переходить на российское сырьё для производственного

процесса. В данный момент более 50 %

(по массе) реагентов, используемых для производства

ПКЭ, закупается у российских производителей.

Ниже мы подробно остановимся на четырех

этапах локализации, которые мы прошли, развивая

свое производство добавок в бетон в России. В заключение

мы расскажем о текущем состоянии рынка современных

суперпластификаторов для бетона и дадим

рекомендации по развитию как строительного рынка

в целом, так и рынка современных суперпластификаторов

для бетона в частности.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

77


market | рынок

it’s business in our country by supplying local customers

with imported finished products (concrete admixtures).

Soon it became obvious that dissolving ingredients locally

is much more profitable than transporting final solutions

(concrete admixtures) long distance. We have installed

our first mixer in 2005 and in 2010 we have opened large

admixture production in Lobnya (Moscow region). So,

by relatively minor investments in setting of mixers and

tank-containers, made of stainless steel and in building

warehouse for raw materials and final products we have

made first localization step which can be called “water

localization” (Fig. 2). This localization step resulted in

production of European products replicas via dissolving

of imported raw materials in local (Table 1).

Table 1.

Таблица 1.

Composition of Sika ViscoCrete superplasticizers

Состав суперпластификаторов Sika ViscoCrete

Modern Sika ViscoCrete superplasticizers consist of:

1-ый этап локализации:

«импортозамещение воды»

Традиционные, современные суперпластификаторы Sika

ViscoCrete состоят из:

1

2

Sika ViscoCrete PCE produced in Sika company by

polymerization and esterification technology. It is a key

component of admixtures which provide plasticizers properties.

Our company has developed and patented technology of

obtaining PCE flakes from melt. This allows significant transport

cost savings, especially long distance ones.

“Salt and pepper” — defoamers, air-entrainers, biocides — auxiliary

components for the regulation of basic properties.

ПКЭ Sika ViscoCrete, производимые компанией Sika по

технологиям полимеризации и этерификации. Ключевой

компонент добавки, отвечающий за ее пластифицирующие

свойства. Нашей компанией была разработана и

запатентована технология получения сухих хлопьев

ПКЭ напрямую из расплава. Это позволяет существенно

экономить на транспортировке Sika ViscoCrete, особенно на

дальние расстояния.

«Соль и перец» — пеногасители, воздухововлекающие

вещества, биоциды — вспомогательные компоненты для

регулирования основных свойств.

3 Technical water — solvent. Техническая вода как растворитель.

Как и практически все иностранные компании,

«Зика» начинала с поставок готовых добавок в бетон

на российский рынок из-за рубежа. Довольно быстро

стало очевидно, что гораздо выгоднее проводить растворение

в воде ингредиентов для производства добавок

в бетон локально, чем возить готовые растворы

на большие расстояния. Первую смесительную установку

мы запустили еще в 2005 г., а крупное предприятие

по производству добавок в бетон было открыто в

2010 г. в Лобне (Московская область). Таким образом,

потратив относительно небольшие средства на установку

миксеров и контейнеров из нержавеющей стали

и, организовав склад для хранения сырья и готовой

продукции, мы осуществили первый этап локализации,

который можно назвать «импортозамещением»

воды (рис. 2). По итогам этого этапа мы стали производить

копии выпускаемых в Европе добавок Sika, с

использованием импортного сырья, растворенного в

подмосковной воде (табл. 1).

2-й этап локализации: подбор

состава добавок в бетон под

потребности российского рынка

Fig. 2. Mixers and storage tanks of concrete admixtures

production, 2010

Рис. 2. Миксеры и танки для хранения продукции

производства добавок в бетон, 2010

2-nd step: adjusting admixture properties

for Russian market requirements

When concrete admixture production was opened,

Sika has launched local R&D department for product

development for local concrete factories demands. We found

out quickly, that employing Sika ViscoCrete products was not

convenient for most of Russian concrete plants. Application

of pure PCE materials requires precise admixture dosing in

concrete mix (when admixture is underdosed concrete lacks

flowability and slump life if admixture is overdosed severe

bleeding is observed). Dosing equipment used at major part

Одновременно с открытием производства добавок

в бетон «Зикой» был создан отдел исследований и

разработок для подбора составов под нужды российских

клиентов. Сразу стало очевидно, что большинству

местных бетонных заводов работать с импортными

материалами серии Sika ViscoCrete неудобно. Работа

с чистыми ПКЭ материалами требует точной дозировки

добавки в бетонную смесь (недостаток пластификатора

ведет к малой подвижности бетонной смеси;

избыток — к ее расслоению). Техническое состояние

большинства бетонных заводов на тот момент не давало

им возможности эффективно работать с поликарбоксилатными

продуктами.

Для решения вышеописанной проблемы в России

была разработана новая серия добавок (табл. 2). В

составах этих добавок часть ПКЭ была замещена на

лигносульфонат натрия, замедлители схватывания

78 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


market | рынок

of concrete plants at that time did not allow them to apply

PCE products effectively.

In order to solve this problem we have developed

new range products (Table 2). In these admixtures PCEs

were partially substituted for ligno, concrete hardening

retarders and concrete hardening accelerators. As a result,

client gets cheaper admixture, which requires higher

dosages and does not need to be dosed precisely. Higher

robustness is another advantage of new admixtures.

Table 2. Composition of new range of products

Таблица 2. Состав суперпластификаторов серии SikaPlast

2-nd localization step resulted in incorporation in

our formulations of various local raw materials, such as

ligno, concrete setting retarders, inorganic salts, biocides,

air entraining agents, etc. Currently we annually consume

around 5,000 tons of these local raw materials. This was

profitable both for us and our clients as well as for Russian

industry in general.

3-rd step: introduction of local PCEs

Implementation of first two localization steps was

performed by various multinational companies working

in Russia, so Sika was not special when conducting these

steps. Sika pioneered next domestication steps and is

the only international company which has done these

production projects in Russia.

In 2012 Russian chemical industry has offered us

first local PCE (P-13). We started working on profitable

incorporation of this material in our admixture

compositions. Prior to going into details of this

localization step we feel necessity to introduce the reader

to PCEs classification according to their performance in

concrete (Fig. 3).

All existing PCEs can be divided into 3 major

groups according to their influence on concrete

Slump // Подвижность

Sika ViscoCrete — main superplasticizer.

Sodium lignosulfonate — additional plasticizer

Hardening accelerators (inorganic salts)

Hardening retarders (carbohydrates)

Defoamers, biocides and other components

Water reducers, WR-type //

Водоредуцирующие, WR-тип

Time // Время

Slump keeper, SK-type //

Контролирующие, SK-тип

Slump retainer, SR-type //

Регулирующие, SR-тип

Fig. 3. PCE types based on action in concrete

Рис. 3. Типы ПКЭ по принципу действия в бетоне

и ускорители набора прочности бетона. В результате

клиент получает добавку, которая дешевле, и которая

требует больших дозировок с меньшей погрешностью

дозирования.

Sika ViscoCrete — основной пластификатор.

Лигносульфонат натрия — дополнительный пластификатор

Ускорители схватывания и твердения (неорганические соли)

Замедлители схватывания и твердения (углеводы)

Пеногасители, биоциды и др.

По результатам второго этапа локализации мы

успешно и с выгодой для себя и для наших клиентов

внедрили большое количество российского сырья —

лигносульфонат натрия, замедлители схватывания

бетона, неорганические соли, биоциды, воздухововлекающие

добавки и т.д. (суммарно в год мы потребляем

более 5000 тонн этих материалов).

3-й этап локализации: внедрение

отечественных ПКЭ

Осуществление двух первых этапов локализации

производств в России не выделяет «Зику» из ряда

других международных компаний, продающих химические

добавки в бетон на нашем рынке. Перенос процесса

растворения активных веществ в воде ближе к

клиенту и доработка состава добавок под потребности

рынка осуществлена всеми игроками (иностранными

и российскими) нашей бетонной отрасли. Однако,

«Зика» является первопроходцем всех последующих

этапов локализации, а среди иностранных компаний

— единственным игроком, осуществившим эти производственные

проекты.

В 2012 г. отечественная химическая промышленность

предложила нам первый российский ПКЭ

(П-13). Мы начали работу по коммерчески оправданному

внедрению этого полимера в наши составы. Прежде

чем переходить к подробностям этого этапа работы,

необходимо ознакомить читателя с классификацией

используемых ПКЭ по принципу действия в бетоне

(рис. 3).

Все выпускаемые ПКЭ можно разбить на три

основные группы, в соответствии с их поведением в

бетонной смеси. WR-тип (Water Reducer, предназначены

для ЖБИ) характеризуется высокой начальной

пластификацией бетонной смеси и быстрой потерей

подвижности бетона в течение 30-40 минут (синяя кривая,

рис. 3). SR-тип (Slump retaining, или регулирующие

подвижность) умеренно пластифицирует бетонную

смесь в начальный период, но позволяет удерживать

сохраняемость бетонной смеси в течение длительного

времени — до полутора часов (желтая кривая, рис. 3).

SK-тип (Slump keeper, или контролирующие подвижность)

не работает как пластификатор в начальный

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

79


market | рынок

properties. WR-type (Water Reducer, used for precast

concrete production) is characterized by high initial

plastification of concrete and short slump life — around

30–40 minutes (blue curve, Fig. 3). SR-type (Slump

retaining) possesses mediocre initial plasticizing ability

but allows longer slump lives up to ~90 minutes (yellow

curve, Fig. 3). SK-type (Slump keeper) do not plasticize

concrete mix initially. SK PCEs are characterized by

partial hydrolysis in basic medium (concrete medium),

which leads to partial cleavage of side chains from

molecular backbone. This process results in increased

charge density of PCE molecules resulting in increase

of their plasticizing abilities. Consequently slump is

increased and characteristic hump appears on slump/

time graph (green curve, Fig. 3).

Application of different types of PCEs in one

concrete admixture allows obtaining concrete with various

properties depending on customer’s demand. It should

be emphasized that properties of PCE introduced in

admixture by itself may be different from PCE properties

mixed with other PCEs in admixture. Sometimes these

differences can be very substantial.

Direct comparison of P-13 with SIka ViscoCrete

SR-type PCE was not in favor of local material (Fig. 4).

P-13 requires higher dosage than SR in order to

achieve same initial slump and concrete slump life is 30

minutes shorter when local products are used (60 minutes

vs. 90 minutes). We continued our experiments and analyzed

P-13 performance in combination with SK-type PCE

(combination of SR and SK type PCEs is very frequent when

extended slump life of concrete is required). Application

of P-13/SK mix resulted in better plastification and longer

slump life of concrete than those of SR/SK Mix (Fig. 5).

Water/Cement // В/Ц

SR / SK

0,2%

П-13(P-13)/ SK

0,1875%

Slump life, min // Время жизни мин.

5 30 60 90 120 150

Fig. 5. Comparison between PCE combination P-13/SK-type

and Sika ViscoCrete SR/SK-types

Рис. 5. Сравнение комбинаций ПКЭ П-13/SK-типа и Sika

ViscoCrete SR/SK-типов

When we saw potential in application of P-13 PCE

we decided to find optimal combination of WR, SK and

P-13 PCEs (Fig. 6).

Design of experiments method allows to obtain

surface of solutions, based on the results obtained in

several reference points. In our case we’ve analyzed

concrete properties such as slump life, early/final strength,

admixture price in concrete mix. We’ve analyzed surface

of these parameters obtained from 10 experiments in

which 10 different combinations of PC, SK and P-13

were studied. From this surface of solutions we’ve

selected optimal combination of these 3 polymers for

our admixtures. Until 2015 we’ve consumed hundreds

of tons of P-13 per annum.

период нахождения в бетонной смеси. Характерной

чертой SK-типа является частичный гидролиз в щелочной

среде (среда бетона), приводящий к отщеплению

части боковых цепей от молекулярного скелета.

Этот процесс ведет к увеличению плотности заряда

ПКЭ и возрастанию его пластифицирующих способностей.

Это, соответственно, приводит к увеличению

подвижности бетонной смеси и появлению ярко выраженного

горба на кривой осадка конуса/время (slump)

(зеленая кривая, рис. 3).

Использование в одной добавке ПКЭ разных

типов позволяет получать бетон с самыми

разнообразными свойствами. Кроме того хотелось бы

отметить, что свойства ПКЭ, используемого индивидуально,

может отличаться от свойств того же полимера,

применяемого в комбинации с другими ПКЭ. Иногда

эти различия могут быть довольно существенными.

Прямое сравнение П-13 с аналогом SIka

ViscoCrete SR-типа было не в пользу российского сырья

(рис. 4).

Water/Cement // В/Ц

П-13 // P-13

0,8%

SR-type PCE

0,75%

5 30 60 90 120 150

Slump life, min //

Время жизни, мин.

Fig. 4. Comparison between PCE P-13 and Sika ViscoCrete SRtype

Рис. 4. Сравнение ПКЭ П-13 и Sika ViscoCrete SR-типа

При более высокой дозировке П-13, необходимой

для достижения такой же начальной подвижности,

как и у SR, сохраняемость бетонной смеси была на

30 минут короче (60 минут против 90). Однако мы не

ограничились одним экспериментом и провели анализ

работы П-13 в комбинации с полимером SK (комбинация

полимеров SR и SK типов чаще всего используется

для получения продолжительной сохраняемости бетонной

смеси). Комбинация П-13 и SK давала лучшую

пластификацию и сохраняемость, чем SR и SK (рис. 5).

Увидев перспективу применения отечественного

ПКЭ П-13, мы решили подобрать оптимальную

комбинацию полимеров WR, SK-типов и П-13 (рис. 6).

Метод планирования экспериментов позволяет

получить поверхность решений, основанных на

результатах, полученных в нескольких реперных точках.

В нашем случае анализ свойств бетона (сохраняемость,

начальная/конечная прочность, цена комбинации

полимеров, добавленных в бетонную смесь),

полученного с использованием десяти добавок с разным

соотношением PC, SK и П-13 позволил нам подобрать

оптимальное соотношение этих трех полимеров

и применить ПКЭ П-13 в наших добавках. До 2015 г. мы

потребляли сотни тонн в год отечественного ПКЭ П-13.

80 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


market | рынок

SK

Fig. 6. Selection of optimal PCE combination by method of experiment planning

Рис. 6. Подбор оптимальной комбинации ПКЭ методом планирования экспериментов

P-13 // П-13 PC

4-th step: moving from mixing to synthesis.

Beginning of the second decade of the 21-st century

brought serious changes to Russian admixture market.

Asian (mainly Korean) producers of PCE plasticizers

started aggressive promotion of their products to our

market. By using aggressive dumping such companies

as LG, Chemistar, KG Chemicals, San Nopco and others

started to gain rapidly market share from traditional

players including Sika. Local concrete admixture

producers started intensive incorporation of cheap Korean

PCEs in formulations of their products and were offering

their materials to concrete plants at much cheaper prices

than those of European producers. In order to remain on

the market we had to radically reduce production price

of our concrete admixtures. The only way to achieve this

goal was localization of PCE production in Russia. We had

to select PCE manufacturing route for our future plant.

We would like to give a short overview about

PCE molecular structure and synthesis. PCE consists

of two key elements (Fig. 7) — molecular backbone

based on unsaturated organic acids (mainly acrylic and

methacrylic) and side chains based on high molecular

weight alcohols (saturated and unsaturated).

There are two main synthetic routes for PCE

preparation. One way is to produce these molecules

via esterification of polyacids (Fig. 8) (polyacrylic,

R

R

R = H, CH 3

R

CO 2 H CO 2 H CO 2 H CO 2 H

Backbone // Молекулярный скелет

4-ый этап локализации: переход

от смешения к синтезу

Начало второй декады 21-го века на российском

строительном рынке ознаменовалось активной экспансией

азиатских пластификаторов (в первую очередь

корейских). Благодаря агрессивной ценовой политике,

такие компании как LG, Chemistar, KG Chemicals,

San Nopco и другие стали активно отвоевывать доли

рынка ПКЭ у традиционных игроков, в том числе

«Зики». Российские производители добавок в бетон

активно внедряли новые, дешевые корейские ПКЭ и

предлагали бетонным заводам продукты по ценам существенно

более привлекательным, чем у европейских

производителей. Чтобы сохранить свою долю рынка,

мы должны были радикально снизить себестоимость

нашей продукции. Локализация производства ПКЭ

в России была единственным способом добиться поставленной

цели. Встал вопрос о выборе технологии

производства ПКЭ для нашего будущего российского

предприятия.

Хотелось бы кратко напомнить читателю о молекулярной

структуре ПКЭ и о методах синтеза этих

веществ. На рис. 7 видно, что ПКЭ состоит из двух

ключевых составляющих — молекулярного скелета,

образованного ненасыщенными органическими кислотами

(в первую очередь акриловой и метакриловой),

RO

O

n

XPEG: MPEG, APEG, HPEG, TPEG

OH

R = CH 3 (M), CH 2 =CH-CH 2 (A),

CH 2 =C(CH 3 )-CH 2 (H), CH 2 =C(CH 3 )-CH 2 -CH 2 (T)

Side chains // Боковые цепи

Fig. 7. Chemical PCE’s structure

Рис. 7. Химическое строение ПКЭ

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

81


market | рынок

polymethacrylic or their mix) with metoxypegs; water

formed in the process of this reaction has to be removed.

Another way is one- (Fig. 9) or two-stage (Fig. 10)

copolymerization of unsaturated organic acids and alcohols.

Sika possesses all existing technologies of PCE

production and we could employ any one of them for

our plant in Russia.

R

R

R

CO 2 H CO 2 H CO 2 H CO 2 H

+

CH 3 O

O

n

и боковых цепей на основе оксиалкилированных спиртов

(насыщенных и ненасыщенных).

Соответственно синтез ПКЭ можно вести либо

этерификацией поликислот (рис. 8) (полиакриловой

— ПАК, полиметакриловой — ПМАК или их смесей

— ПАК/ПМАК) с Метоксипэгами (МПЭГ) с удалением,

образующейся во время реакции, воды; либо

R R R

OH

- H 2 O

CO 2 R' CO 2 R' CO 2 R' CO 2 R'

R = H, CH 3

Fig. 8. Scheme of one-step esterification in PCE production

Рис. 8. Схема одностадийной этерификации при производстве ПКЭ

O

R'= CH 3 O

O CH 2

n

x

OH

+

y CH 3 O

O

n

O

x

HOOC

COO

y

O

n

OCH 3

Fig. 9. One-step polymerization scheme in PCE production

Рис. 9. Схема одностадийной полимеризации при производстве ПКЭ

O

O

1)

OH

+

HO

O

nOCH 3

- H 2 O

O

O

n

OCH 3

2) x

O

OH

+

y

One-stage copolymerization is the most modern

method of PCE synthesis (Fig. 9). For example, this

technology is widely used in China, where any chemical

raw material is aplenty.

Our chemical industry, unfortunately, so far is

significantly less developed than Chinese one and, in 2013

was offering to us only MetoxyPolyEthyleneGlycols (MPEG)

of different molecular weight. We were facing a choice either

to use modern copolymerization technology employing

imported raw materials or use esterification process with

the application of local MPEGs for PCE production. Our

calculations have shown that PCEs produced from Russian

precursors turn out to be at least 10% cheaper than PCEs

prepared from imported raw materials even if modern

copolymerization technology is employed (Fig. 11).

O

O

O

n

OCH 3

Fig. 10. Two-step polymerization scheme in PCE production

Рис. 10. Схема двухстадийной полимеризации при производстве ПКЭ

x-y

HOOC

COO

одно- (рис. 9), либо двухстадийной (рис. 10) сополимеризацией

ненасыщенных органических кислот и

оксиалкилированных спиртов.

«Зика» владеет всеми вышеописанными технологиями

синтеза ПКЭ, и у нас была возможность

запустить синтез ПКЭ в России по любой из вышеописанных

схем.

Хотелось бы отметить, что самым современным

методом синтеза ПКЭ является одностадийная сополимеризация

(рис. 9). Например, в Китае, где в наличии

имеются как насыщенные, так и ненасыщенные

спирты, производители ПКЭ преимущественно используют

одностадийную сополимеризацию для производства

своих полимеров.

y

O

n

OCH 3

In 2015 we were the first (and so far the only)

international company which has built PCE production

in Russia. Capacity of our new plant is 6,000 tons per year

of 100 % PCE. In 2016/2017 we have completely replaced

imported side chains with analogues from Russian plants.

In 2017 share of Russian raw materials in PCE price

exceeded 50 %. In 2018 we plan partial substitution of

Однако наша промышленность на данный момент

существенно менее развита, чем китайская и в

2013 г. была готова предложить нам только метоксиполиэтиленгликоли

(МПЭГ) различной молекулярной

массы. Соответственно перед нами стоял выбор:

либо применять более современную технологию полимеризации

с использованием импортного сырья,

82 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


market | рынок

либо синтезировать ПКЭ методом этерификации из

отечественных МПЭГов. Наши расчеты показали, что

ПКЭ, произведенные из российских макромономеров,

получаются минимум на 10 % дешевле ПКЭ, произведенных

из импортного сырья, пусть и по более современной

технологии (рис. 11).

2681 т.

Fig. 11. Price comparison between PCE’s produced by different

technology

Рис. 11. Сравнение цен ПКЭ, произведенных по разным

технологиям

imported backbones with local ones and increasing share

of local raw materials up to 80 % (Fig. 12). This graph

shows that in 2017 we have produced more PCEs than

we have imported in 2012 (2012 is selected as a reference

point since during that year we have imported biggest

amount of PCEs in Russia for all time working in the

concrete admixture market). All this growth takes place

while construction in our country is stagnating.

Here we would like to emphasize that our PCE

production technology is sustainable. Manufacturing

process is waste free and raw materials which we use

2655 т.

2775 т.

2012

В 2015 г. первыми (и пока единственными) из

международных компаний мы открыли производство

ПКЭ в России. Мощность нашего производства составляет

6000 тонн в год (100 % по массе продукции).

В 2016/2017 гг. мы полностью заместили импортные

боковые цепи на продукцию наших предприятий.

В 2017 г. доля российского сырья в себестоимости наших

ПКЭ превысила 50 %. В 2018 г. в наших планах

частичное замещение импортных молекулярных скелетов

на российские аналоги и доведение доли отечественного

сырья до 80 % (Рис. 12). Из этого же графика

видно, что 2017 г. мы произвели в России больше

ПКЭ, чем импортировали в 2012 г. (этот год взят как

реперная точка, так как именно в этом году мы импортировали

максимальное количество ПКЭ в Россию

за все время работы на рынке добавок в бетон).

Все это происходит на фоне стагнации строительства

в нашей стране.

В этом же параграфе мы хотим отметить, что используемая

нами технология этерификации безвредна

для окружающей среды. Проводимый нами синтез не

создает промышленных отходов; мы используем сырье

3–4-ых классов опасности. Это выгодно отличает ПКЭ

от широко используемых (пока) в России полинафталинформальдегидсульфонатов

натрия — «нафталинов».

Обзор российского рынка ПКЭ

500 т.

2015 2016 2017 (11 мес.)

Fig. 12. Dynamic of PCE production and raw materials

localization. Year 2012 is marked with black horizontal

line. That year we have imported maximum volume of

PCEs in Russia (2,681 tons)

Рис. 12. Динамика производства ПКЭ и локализации сырья.

Черной горизонтальной линией отмечен 2012 год,

когда мы импортировали в Россию максимальное

количество ПКЭ (2681 тонну) за все врем работы на

рынке добавок в бетон

are non-toxic. This distinguishes PCE from widely

used in Russia so far sodium naphtalyneformaldehyde

condensates — “naphtalines”.

Russian PCE market overview

In this section we would like to discuss serious

changes taking place at Russian PCE market. Various

Russian producers have started PCE production in 2017.

Besides Makromer and NORCHEM industrial PCE

synthesis have started Sintez OKA, Polyplast, Pigment.

Until 2017 in Russia there was no production of unsaturated

alcoholes. Therefore we observe substantial import of

MetAllylPolyethyleneGlycole (MAPEG or HPEG), as

В заключение мы хотели бы поговорить о качественных

изменениях, происходящих сейчас на

российском рынке ПКЭ. 2017-ый год ознаменовался

появлением на российском рынке целого ряда отечественных

производителей ПКЭ. Помимо Макромера

и НОРКЕМа свои ПКЭ пластификаторы в промышленных

масштабах стали производить такие известные

компании, как Синтез Ока, Полипласт, Пигмент.

В отличие от «Зики» новые игроки (в первую очередь

те, которые не имеют своего производства боковых

цепей) в основном используют технологию полимеризации.

До 2017 г. производство ненасыщенных спиртов

в России отсутствовало. В связи с этим в страну

стал активно завозиться МетАллилПолиЭтиленГликоль

(МАПЭГ или ЭйчПЭГ), из которого в одну стадию

синтезируют ПКЭ. Соответственно, наблюдается

серьезный рост импорта МАПЭГа и падение импорта

чистых ПКЭ из Азии. В процентном отношении (по

массе произведенных/импортируемых ПКЭ) мы оцениваем

российский рынок ПКЭ следующим образом:

15 % импортных (в первую очередь корейских) ПКЭ,

42,5 % ПКЭ произведены компанией «Зика» методом

этерификации и 42,5 % ПКЭ синтезированы отечественными

компаниями методами полимеризации с

использованием МАПЭГов и этерификации с использованием

отечественных МПЭГов (рис. 13).

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

83


market | рынок

a precursor for 1-step synthesis of PCE. We observe

significant increase of MAPEG import and decrease of pure

PCE import from Asia. In Fig. 14 our estimation of Russian

PCE market is shown. We evaluate share of imported

PCEs (mainly Korean ones) ~15 %; rest of the market is

divided by Sika and Russian companies: ~42,5 % of PCEs

were produced by Sika Russia via esterification synthetic

route and another ~42,5 % of PCEs were manufactured by

local companies via polymerization employing MAPEGs

(Fig. 13).

Problems and perspectives

As a conclusion we would like to discuss problems

and perspectives of Russian construction market and it’s

concrete admixture segment.

Main achievement is formation, within a short

period of time, of a new production chain in our chemical

industry starting from oil well gas and ending up in

various polycarboxylate ethers. Moreover, every year we

observe expansion of nomenclature of locally produced

raw materials for PCE synthesis and now companies

can synthesize products basing on different production

schemes employing Russian materials. We also would

like to mention that now we have various local “salt and

pepper” materials — special low volume ingredients

(defoamers, air entrainers, wetting agents) — which can

help in regulating concrete properties.

In the nearest future we expect production expansion

of local components for dry mortar production such as

redispersibe polymeric powders and dispersed PCEs.

Main problem we see in conservatism of the most of

Russian concrete factories which prefer to employ “ligno” and

“naphthalene” instead of using modern PCEs and obtaining

concrete with higher strengths and improved workability.

We would like to recommend our concrete

producers to actively employ PCE-based concrete

admixtures, while to concrete admixture producers we

would recommend to employ wide spectrum of Russian

raw materials. Experience of Sika company shows that it

can be done and it will be profitable.

References // Литература

1) www.sika.com

2) Zyuzya, S., Ibragimov, S., Yalymov, A. “ALITinform”

Международное аналитическое обозрение, №

2–3 (47) 2017.

3) Nicolas Roussel. Understanding the rheology of

concrete, 2012.

4) Экспертная оценка компании «Зика»/ Sika’s

expert evaluation.

Macromer, Polyplast, Sintez

OKA and others. 2775 t 42,5 %,

Imported 1000 t PCE (15 %) //

~

polymerization //

Импорт 1000 т ПКЭ (15 %)

Макромер,Полипласт,

Синтез ОКА и проч. ~ 2775 т ПКЭ (42,5%)

Метод полимеризации

Sika Russia 2775 t PCE (42,5 %), esterification //

ООО «Зика» 2775 т ПКЭ (42,5 %), Метод этерификации

Проблемы и перспективы

Expert review //

Экспертная оценка

Fig. 13. Situation on PCE production market in Russia

Рис. 13. Cитуация на рынке производства ПКЭ в России (в

2017 году)

Завершая нашу статью, хотелось бы поговорить

о проблемах и перспективах российского рынка

строительной химии и добавок в бетон как его составной

части.

В качестве основной позитивной новости следует

отметить формирование за короткий период новой

производственной цепочки в нашей химической промышленности,

исходным сырьем для которой служит

попутный нефтяной газ, трансформируемый в конечном

итоге в различные поликарбоксилатные эфиры.

При этом, как отмечалось выше, ежегодно расширяется

номенклатура сырья для производства ПКЭ, и теперь

компании имеют возможность синтезировать продукты

по разным производственным схемам, используя

российские материалы. Также необходимо отметить,

что на рынке расширяется предложение «соли и перца»

— специальных малотоннажных ингредиентов (пеногасителей,

воздухововлекающих и смачивающих компонентов)

для регулирования свойств бетонной смеси.

В ближайшем будущем мы ожидаем рост предложений

отечественных компонентов для производства

сухих строительных смесей таких, как редиспергируемые

полимерные порошки и мелкодисперсные

ПКЭ.

Главной же проблемой нашей отрасли мы считаем

пассивность наших бетонных заводов в деле внедрения

современных бетонных добавок. Отечественные

бетонщики в большинстве своем предпочитают

применять в качестве пластификаторов «лигнин» и

«нафталин», имея возможность применять современные

ПКЭ и получать бетон с улучшенными показателями

прочности и удобоукладываемости.

Хотелось бы порекомендовать нашим производителям

бетона активнее внедрять добавки на основе

ПКЭ, а производителям добавок в бетон применять

как можно более широкий спектр продукции российских

химических компаний. Опыт компании «Зика»

показывает, что это нужно делать, и это приносит серьезную

прибыль.

84 № 1 (50) 2018 «ALITinform» Международное аналитическое обозрение


concrete | бетон

Москва готовится принять ежегодную Всероссийскую Конференцию Производителей

Бетона (ВКПБ’2018), которая состоится 11 октября. Это одно из

крупнейших мероприятий для представителей строительного рынка Российской

Федерации. Организатором традиционно выступает отечественный химический

холдинг «Полипласт», обеспечивающий добавками в бетоны и растворы

большинство отечественных строек.

Конференция станет своеобразной коммуникационной площадкой для ключевых

игроков строительного рынка. В рамках мероприятия планируют выступления

ведущие эксперты строительного рынка России и СНГ. Многоплановая

научно-практическая конференция ВКПБ’2018 призвана помочь представителям

российских строительных компаний разобраться в особенностях применения

новейших технологий в производстве бетонов и железобетонных изделий. Ведущие

специалисты отрасли поделятся опытом исследований и практическими

наработками по актуальным темам.

«Полипласт» проводит конференцию для производителей бетона с 2012 года,

за это время «ВКПБ» стала знаковым мероприятием для отечественной строительной

отрасли и не теряет своей актуальности.

В работе конференции примут участие более 250 профессионалов строительной

области, более 150 компаний — ведущих производителей товарного

бетона и ЖБИ, крупнейшие компании в области специального строительства

(мостостроения, тоннелестроения и др.), ведущие застройщики РФ. Свое участие

в мероприятии уже подтвердили более 100 российских предприятий строительной

отрасли.

Проведению конференции, как всегда, предшествовали научно-практические

семинары, которые компания «Полипласт» проводит в течение года на

территории всей страны. Благодаря этим мероприятиям выявлен спектр интересующих

строителей проблем и подобрана соответствующая база для выступлений

экспертов.

Проведение ВКПБ’2018 безусловно важно тем, что позволяет интегрировать

экспертный опыт и инновационный подход в работу современных строительных

организаций, а также тем, что предоставляет возможность дополнительного

повышения квалификации для специалистов отрасли.

Компания «Полипласт Новомосковск» предлагает спонсорские пакеты с

разными возможностями для тех, кто желает принять активное участие в развитии

строительной индустрии, встретить новых партнеров и просто заявить

о своей компании.

Подробную информацию о мероприятии можно получить на сайте

http://beton-conf.ru/ и по телефону 8(48762)2-09-68, 8(920)278-57-63.

“ALITinform” International Analytical Review No. 1 (50) 2018

85


XX МЕЖДУНАРОДНЫЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ФОРУМ

28 ноября — 30 ноября 2018 г. Москва. Экспоцентр

XIX Международная специализированная

выставка «Цемент. Бетон. Сухие смеси»

BlockRead

MixBuild

V Международная конференция

«Индустриальное домостроение:

производство, проектирование,

строительство»

XX Международная научно-техническая

конференция «Современные технологии

сухих смесей в строительстве»

Круглый стол «Развитие производства и

применения специальных Inform видов цемента в

Российской Федерации»


WORLD CEMENT ASSOCIATION announces:

WCA World Cement Conference

“Future for the Cement Industry”

in association with INTERCEM

Demand & Supply to 2025 | Digitalisation | Regulation

5 December 2018

Royal Garden Hotel, London

“We look forward to bringing together all the cement producers in the world

regardless of their size or origin in this unique WCA World Cement Conference.”

“This year, the conference will consider cement demand and supply, digitalisation

and new regulations, amongst other key topics which are central to the future of the

international cement industry, guided by a panel of internationally recognised speakers.”

The WCA Climate Change Action Plan will also feature.

Mr Zhiping SONG, WCA President

Chairman of CNBM/Sinoma International

“the world’s largest cement company”

For registration:

www.worldcementassociation.org/ga | +44 333 939 80 83

WORLD

CEMENT

ASSOCIATION ®

ANHUI CONCH CEMENT COMPANY LIMITED, CHINA • ARABIAN CEMENT COMPANY (ACC), SAUDI ARABIA

BURUNDI CEMENT COMPANY, BURUNDI • CAL.ME S.P.A., ITALY • CEMENTRA/JORDAN P.S.C, JORDAN • CEM’IN’EU CEMENT INNOVATION IN EUROPE, FRANCE

CEMSIERRA-CEMENT COMPANY (SL) LIMITED, SIERRA LEONE • CHINA NATIONAL BUILDING MATERIAL GROUP CORPORATION LTD. (CNBM), CHINA

CHINA UNITED CEMENT COMPANY, CHINA • CIMENTS DE L’ATLAS (CIMAT), MOROCCO • DALMIA CEMENT (BHARAT) LIMITED, INDIA • DANGOTE CEMENT PLC, NIGERIA

GROUPE INDUSTRIEL DES CIMENTS D’ALGÉRIE, ALGERIA • HAR TUV CEMENT LTD., ISRAEL • JK CEMENT, INDIA • KAMPALA CEMENT CO. LTD., UGANDA

LUCKY CEMENT LIMITED, PAKISTAN • MEGHNA GROUP OF INDUSTRIES, BANGLADESH • MEDCEM EREN HOLDING, TURKEY • NATIONAL CEMENT COMPANY KENYA, KENYA

NESHER ISRAEL CEMENT ENTERPRISES LTD., ISRAEL • NUH ÇIMENTO SANAYI A.Ş., TURKEY • OYAK ÇIMENTO, TURKEY • QATRANA CEMENT COMPANY, JORDAN

PENNA CEMENT INDUSTRIES LIMITED, INDIA • ROYAL AL MINYA CEMENT, EGYPT • ROYAL WHITE CEMENT INC., USA • SAUDI CEMENT COMPANY, SAUDI ARABIA

SAVANNAH CEMENT LTD, KENYA • SINOMA CEMENT COMPANY, CHINA • TPI POLENE (PUBLIC) COMPANY LIMITED, THAILAND • ULTRACEM S.A.S, COLOMBIA

VASSILIKO CEMENT WORKS PUBLIC COMPANY LTD., CYPRUS • VISSAI NINH BINH JOINT STOCK COMPANY, VIETNAM • YANBU CEMENT COMPANY, SAUDI ARABIA

Similar magazines