Цементный строительный раствор в момент изготовления - это систе­ма, состоящая из различных компонентов, в том числе цемента, заполнителей и воды. Каждое твердое вещество в данном случае, независимо от его распре­деления в системе, представляет собой отдельную фазу - совокупность от­дельных частей системы, одинаковых по составу и свойствам и отделенных от остальных частей системы поверхностью раздела.

В нашем случае каждое зерно песка может быть отделено от аналогичных частичек прослойками воды или частицами цемента, но так как по составу и свойствам зерна песка практически не отличаются одно от другого, то их рас­сматривают как одну фазу. Равным образом и все частицы цемента, вводимого в состав строительного раствора, считаются другой твердой фазой.

Зерна цемента очень малы, их размерность лежит в пределах 1-100 микрон. Чем дисперснее вещество, тем больше его удельная поверхность. Удельная по­верхность цементов, определяемая по методу воздухопроницаемости, состав­ляет в среднем 3000-3500 см2/г. Этот метод вполне пригоден для практических нужд и им повсеместно пользуются. Однако он не является достаточно точным, так как не отражает истинной поверхности цементных зерен, обычно имеющих развитый микрорельеф, микротрещины и микрощели.

По этой причине реальная микрогеометрическая поверхность цементной частицы во много раз больше ее кажущейся геометрической поверхности. Зна­чительно более достоверны показатели удельной поверхности, определяемые по адсорбции азота. Согласно этим методикам, удельная поверхность современ­ных цементов составляет в среднем около 20 000 см2/г. Нетрудно подсчитать, что суммарная поверхность цементного порошка, идущего на изготовление 1 м3 бетона при расходе цемента 400 кг/м3, составляет 800 000 м2. А если сюда до­бавить еще поверхность заполнителей (их удельная поверхность значительно меньше, чем цемента, но все равно ее нужно учитывать), то окажется, что по­верхность частиц твердых фаз в 1 м3 бетонной смеси приближается к 1 км2.

Предположим, что при изготовлении 1 м3 бетонной смеси вводят 180-190 л воды. Теоретически такое количество воды нужно распределить на огромной поверхности твердых частиц и получить практически однородную смесь. Сме­шивание компонентов - одна из важнейших задач в технологии бетонов и стро­ительных растворов. В частности, равномерное перемешивание способствует более полному и быстрому физико-химическому взаимодействию цементных частиц с водой. Вода, вводимая в бетонную смесь при ее изготовлении, должна прежде всего равномерно распределиться, при этом тончайшим слоем смочить всю суммарную поверхность цементных частиц и заполнителей.

Но вода обладает значительным поверхностным натяжением, то есть между молекулами воды, находящимися в ее поверхностном слое на границе раздела фаз, действуют значительные силы сцепления, препятствующие ее растеканию. Так как из всех геометрических тел шар обладает наименьшим отношением по­верхности к объему, другими словами, отличается наиболее «экономным» раз­витием поверхности, то именно благодаря поверхностному натяжению жид­кость в свободном состоянии стремится не растекаться в тонкую пленку, а обра­зовывать шарообразные капли. Это мы наблюдаем повседневно при медленном выливании жидкости из какого-либо сосуда, при попадании воды на горячую поверхность (образуются отдельные капли), при растекании ртути, при выпа­дении дождя. Следовательно, большое поверхностное натяжение воды препят­ствует ее равномерному распределению на твердых частицах бетонной смеси.

Некоторые вещества, а именно поверхностно-активные (в дальнейшем ПАВ) способны существенно снижать поверхностное натяжение воды у данной поверхности раздела фаз, например, на границах раздела фаз «вода - твердое тело», «вода - воздух». Всем известный с детства пример проявления действия этих веществ - мыльные пузыри. Можно раздуть мыльный пузырь диаметром даже более 20 см. Это удается сделать потому, что на обеих сторонах тончайшей водяной оболочки пузыря находятся молекулы ПАВ. В таком состоянии слой воды не стремится сжаться, а наоборот, легко поддается растяжению, становясь как бы подобием резины.

Таким образом, добавки ПАВ, снижая поверхностное натяжение воды, тем самым облегчают равномерность ее распределения тонким слоем на поверхно­сти твердых тел.

Добавки ПАВ существенным образом влияют на бетонные композиции как в период их приготовления, так и на стадии эксплуатации уже готовых изделий.