Согласно формуле Боломея прочность портландцементного бетона пропорциональна активности цемента и цементо – водному отношению. Следовательно, химические добавки, повышающие прочность бетона можно классифицировать на три группы:

1. Увеличивающие цементо – водное отношение при одинаковой пластичности (пластифицирующие – водоредуцирующие по ГОСТ 24211-2003);

2. Увеличивающие активность цемента, гидратирующего в растворе добавки относительно гидратирующего в воде (повышающие прочность по ГОСТ 24211-2003);

3. Двойного действия.

В соответствии с ГОСТ 24211-2003 пластифицирующие добавки делятся на три подвида по уровню пластификации:

1. Пластифицирующие – увеличивающие подвижность бетонной смеси от П1 до П3 или растворной от Пк1 до Пк2;

2. Сильнопластифицирующие – от П1 до П4 или от Пк1 до Пк3;

3. Суперпластифицирующие – от П1 до П5 или от Пк1 до Пк4 соответственно.

Поскольку отрицательным побочным действием добавок является уменьшение активности цемента, ГОСТ 24211-2003 установливает требование снижения прочности бетона не более 5% во все сроки твердения. В целом, водоредуцирование с одной стороны положительный фактор, позволяющий, в частности, сократить время достижения отгрузочной прочности и количество противоморозной добавки, с другой – отрицательный, т.к. уменьшается объем смеси за счет уменьшения самого дешевого компонента – воды. Уменьшение объема необходимо компенсировать увеличением расхода остальных компонентов. В результате экономический эффект от применения добавки не обязательно положительный и требует расчета для каждого случая.

Для повышающих прочность добавок ГОСТ 24211-2003 установлено минимально необходимое увеличение прочности на 20% в проектном возрасте относительно контрольного образца.

В любом случае добавку можно охарактеризовать показателями - к_{в – коэффициент водоредуцирования, кв =ВД/В, где В и ВД – масса воды в кубическом метре бетона заданной подвижности без добавки и с добавкой соответственно; кц – коэффициент изменения активности цемента при затворении в растворе добавки по сравнению с активностью цемента затворяемого водой.}

Экономия от применения добавки при производстве кубического метра товарного бетона определяется по разнице стоимости материалов:

Э = С – СД,

где СД – стоимость материалов в кубическом метре бетона с добавкой, С – стоимость материалов в кубическом метре бетона без добавки. Предполагая, что количество крупного заполнителя в обоих случаях одинаково,

С = СцЦ + СпП + СщЩ,

СД = СцЦД + СпПД + СщЩ + СдД,

Э = Сц(Ц – ЦД) + Сп(П – ПД) - СдДЦД,

где Сц – цена 1 кг цемента, Сп – цена 1 кг песка, Сщ – цена 1 кг щебня, Ц, П, Щ – масса цемента, песка, щебня в кубическом метре бетона без добавки, ЦД, ПД – масса цемента и песка в кубическом метре бетона с добавкой, Д – дозировка добавки относительно веса цемента, Сд – стоимость 1 кг добавки.

Известно, что прочность бетона пропорциональна произведению активности цемента и его количества и обратно пропорциональна количеству воды, следовательно, для одинаковой прочности бетона по правилу подобия ЦД = кцквЦ. Объем цементо – песчаной смеси при одинаковом количестве щебня в обоих случаях одинаков, следовательно, из правила абсолютных объемов:

Ц/рц + П/рп + В = Цкцкв/рц + ПД/рп + Вкв,

где рц – плотность цемента, рп – плотность песка. Для бездобавочного портландцемента и типичного кварцевого песка в г/мм^{3 рц = 3,1, рп = 2,6. Выразив П-ПД и осуществив подстановку, получим:}

Э = ЦСц(1 - кцкв) + Сп(0,84Цкцкв + 2,6Вкв – 0,84Ц – 2,6В) – СдДквкцЦ,

Или, в более удобном виде:

Э = (Сц(1 - кцкв) – 0,84Сп(1 - кцкв) – СдДквкц)Ц + 2,6СпВ(кв – 1).

Таким образом, экономия от применения добавки является линейной функцией относительно количества цемента:

Э = АЦ + В,

где А = Сц(1 - кцкв) – 0,84Сп(1 - кцкв) – СдДквкц, В = 2,6СпВ(кв – 1).

Используя полученную формулу сравним экономию при применении двух добавок, относящихся к разным группам по принципу действия:

С – 3 – типичный суперпластификатор без эффекта повышения активности цемента;

ПКФ-70Ф – модификатор прочности практически без эффекта пластификации.

Характеристики добавок сведены в таблицу: