Микронаполняющий эффект является следствием целого ряда воздействий МД на бетонную смесь, твердеющий и затвердевший бетон.

   В бетонной смеси при введении МД:

• увеличивается количество дисперсных частиц и их концентрация в тесте, что снижает расслоение смеси, причем наиболее существенно - при низких расходах цемента. Роль наполнителей в снижении расслоения возрастает при применении высокоподвижных и литых смесей, а также самоуплотняющихся бетонов. В последних требуемое количество дисперсных частиц достигает 500-600 кг/м³;

• улучшается зерновой состав цементно-песчаной составляющей, что может снижать водопотребность бетонной смеси.

   В твердеющем бетоне происходят следующие процессы:
 
• увеличивается степень гидратации цемента в раннем возрасте. При введении МД возникает большая дополнительная поверхность раздела «добавка - вода». На поверхности МД отлагаются продукты гидратации цемента, а мельчайшие ее частички могут служить центрами кристаллизации. Все это и приводит к большей степени гидратации в раннем возрасте, часть эффекта сохраняется и в более поздние сроки;

• в ряде случаев повышается трещиностойкость бетона. Микротрещины могут возникать в бетоне раннего возраста вследствие тепловыделения цемента. Введение МД позволяет снижать расход цемента и тепловыделение бетона, что уменьшает вероятность образования термических микротрещин. Этот эффект наиболее важен для массивных конструкций.

   В затвердевшем бетоне эффектами МД являются:

• физическое наполнение цементного камня. Как отмечалось выше, при введении МД полностью или частично взамен песка в цементном тесте - камне увеличивается концентрация твердых частиц (цемент + наполнитель), количество воды в единице объема уменьшается, в итоге снижается пористость камня. Этот эффект проявляется во всем диапазоне расходов цемента;

• повышение однородности имеет место для бетонов с низкими расходами цемента в связи с уменьшением расслоения бетонной смеси при введении МД. Оно дополняет эффект снижения пористости, что делает общий микронаполняющий эффект в этом случае наибольшим. С ростом расхода цемента этот эффект уменьшается и исчезает, а повышение прочности при средних расходах цемента определяется в первую очередь снижением пористости цементного камня;

• ухудшение качества цементного камня. При его наполнении возникает поверхность раздела «продукты гидратации цемента - МД», ослабляющая цементный камень.

   Влияние пористости и качества ненаполненного и наполненного цементного камня на прочность бетона, рассчитанное по данным, представлено в таблице 1, откуда видно, что при расходах цемента до 400 кг/м³ положительная роль снижения пористости превалирует и прочность бетона растет как при введении золы, так и молотого песка. Но этот рост оказывается меньше, чем при снижении пористости за счет увеличения расхода цемента. Степень «ослабляющего» действия МД зависит от химической её активности. При равной пористости цементного камня прочность бетона снижается в последовательности: цементный камень - цементный камень с золой - цементный камень с молотым песком.

   Эффект ухудшения качества цементного камня становится основным при высоких расходах цемента (таблица 1).

   Некоторая «дефектность» поверхностей раздела МД с продуктами гидратации цемента неоднократно освещалась в литературе, в большей степени для золы, но также и для инертных добавок. Электрон-номикроскопическое изучение поверхностей разрушения бетона показывает, что большее количество продуктов гидратации остается на поверхности зерен золы, далее следует известняк, наиболее бедна ими поверхность песка, что говорит об ухудшении сцепления.

   Влияние характеристик МД на прочностной эффект в бетоне связывают в первую очередь с их дисперсностью. К сожалению, во многих исследованиях МД изучаются в бетоне со средними расходами цемента. В то же время расход МД, их эффекты, а также роль дисперсности существенно зависят от расхода цемента.

   При низких расходах цемента роль дисперсности, как и других свойств добавок, незначительна. Зерновой состав цементно-песчаной составляющей неудовлетворителен, а смеси расслаиваются. Введение в такие смеси практически любых по дисперсности наполнителей даже при их повышенной водопотребности приводит к росту прочности бетонов и растворов. Как известно, даже глина повышает прочность тощих растворов. Зола ТЭС с водопотребностью 80%, введенная в количестве 100-150 кг/м³ в бетон с низким расходом цемента, не снижала его прочности и даже несколько повысила ее. Водопотребность бетонной смеси при этом возросла на 20 л/м³, тем не менее микронаполняющий эффект, включающий и повышение однородности цементного камня, превалировал. Разумеется, этот случай является предельным. Но при водопотребности менее 60% золы могут давать уже заметный прочностной эффект в бетонах с низким расходом цемента, разумеется, тем больший, чем она ниже.

   При повышении расхода цемента зерновой состав цементно-песчаной составляющей улучшается, а расслоение смеси уменьшается. Это приводит к снижению прочностного эффекта МД, который для бетонов со средними расходами цемента определяется, главным образом, физическим наполнением цементного камня. Роль дисперсности добавок при этом возрастает. Их мельчайшие зерна могут заполнять пустоты между зернами цемента, улучшая уже микрогранулометрию вяжущего. В то же время роль этого эффекта, по крайней мере в рассматриваемом диапазоне дисперсностей 200-500 м²/кг и даже до 1000 м²/кг, оказывается небольшой. Каких-либо «всплесков» прочности, свидетельствующих о массовом попадании зерен добавки в пустоты между зернами цемента, не обнаруживается. По данным ряда исследований, увеличение дисперсности молотого песка с 200-300 м²/кг до 800-1000 м²/кг приводило к росту прочности бетона на 5-10%. Несколько больший рост прочности (5-8%) при увеличении удельной поверхности песка с 300 до 500 м²/кг наблюдался в работе. Но и он не может быть признан значительным.

   Для зол при росте дисперсности снижается водопотребность и возрастает пуццоланическая активность. И тем не менее, прочностной эффект повышения дисперсности зол в рассматриваемом диапазоне оказывается также не очень большим. Обобщение данных б публикаций показывает, что при росте удельной поверхности зол с 200-300 м²/кг до 400-500 м²/кг прочность бетона увеличивалась на 5-20%.

   При высоких, порядка 400-500 кг/м³, расходах цемента прочностной эффект МД исчезает. Как известно, даже цемент при расходах более 500 кг/м³ дает меньший прирост прочности (растет водопотребность смеси и более резко - объем цементного камня в бетоне). При введении в такие бетоны МД также увеличивается водопотребность смеси, а в затвердевшем бетоне возрастает роль ухудшения качества цементного камня при его наполнении. Снижение прочности бетона с молотым песком начиналось при расходе цемента 400 кг/м³ бетона, а с золой - 500 кг/м³, несмотря на происходящее при их введении уменьшение пористости цементного камня (таблица 1) и его причиной можно считать большую роль ухудшения качества цементного камня с низким В/Ц при его наполнении.

   Таким образом, с ростом расхода цемента не только снижается оптимальное количество МД, но также уменьшается и исчезает их микронаполняющий эффект.