Механизм действия химических добавок
Известно, что процесс превращения порошкообразных вяжущих в камневидное тело при затворении водой сложен. Ученые по-разному объясняют механизм их схватывания и твердения. К началу XX века четко оформились физико-химические теории схватывания и твердения, связанные с именами А.Л. Ле-Шателье, Михаэлиса и А.А. Байкова.
Процесс твердения, по Михаэлису, заключается в том, что вначале под действием воды в поверхностных слоях цементных зерен образуется рыхлая масса геля, обеспечивающая первую стадию – склеивание зерен. По Ле-Шателье, процесс протекает путем растворения исходного силиката с образованием в дальнейшем пересыщенного раствора, из которого выделяются гидраты в виде кристаллов новообразований. А.А. Байков считает, что всякое твердеющее вещество обязательно проходит стадию коллоидного состояния, причем растворимость гидратных продуктов является важным условием твердения. Процесс твердения он рассматривает как единый кристаллохимический процесс, имеющий стадии растворения, образования коллоидных растворов и кристаллизации.
Современные представления о процессах гидратационного твердения неорганических вяжущих веществ опираются на теоретические положения физико-химической механики, разработанные П.А. Ребиндером. Согласно этим представлениям в твердеющем цементе возможно существование коагуляционных, кристаллизационных и конденсационных структур (весьма прочных). Конденсационные структуры характеризуются пространственной сеткой, образованной в результате возникновения химических связей за счет валентностей. Кристаллизационный механизм твердения неорганических вяжущих веществ связан с положением о том, что прочность образующихся кристаллизационных структур определяется прочностью отдельных кристаллов и их срастаний, а также связями коагуляционного типа.
В трудах В.В. Тимашева и его учеников вопросы синтеза цементного камня увязываются с ролью в этом процессе отдельных клинкерных минералов. Цементный камень рассматривается с точки зрения "теории микробетона" В.Н. Юнга, согласно которой зерна клинкера и отдельных клинкерных минералов, гидратируясь с поверхности, становятся узлами пространственной решетки цементного камня, а кристаллические и гелевидные новообразования, возникающие в твердеющем цементном камне, являются диффузными оболочками вокруг негидратированных частиц (по М.И. Хигеровичу – "вокруг клинкерного фонда").