Использование потенциальных возможностей цемента к моменту получения марки бетона имеет большой научный и практический интерес. Важно научиться прогнозировать свойства бетона с течением времени. Возможность управления свойствами бетона в направлении, необходимом для целей строительства, связана с определением количества цемента, вступившего в реакцию с водой на каждый конкретно рассматриваемый период и созданием цементного камня такой структуры, в которой не будет мест скопления влаги.
Известно, что при твердении портландцемента (и ряда других вяжущих) уменьшается суммарный объем твердой и жидкой фаз. Такое изменение объема — как бы его стяжка, названное контракцией, вызывает внутренний вакуум в формирующемся материале с образованием пор, часть из которых имеет специфическое строение. В таких контракционных порах находится сжатый воздух — амортизатор возникающих напряжений, в том числе напряжений, вызываемых переходом воды в цементном камне из жидкого состояния в твердое (лед). В итоге разработок, осуществленных еще в 1938— 1940 гг. кафедрами вяжущих материалов МХТИ им. Менделеева (В. Н. Юнгом и Ю. М. Буттом) и Технологического института им. Ленсовета (С. Д. Окороковым), было показано, что на 28 сут. твердения в реакцию вступает от 40 до 60% цемента.
Следовательно, в цементном камне находятся новообразования из зерен цемента, вступивших в химическую реакцию с водой, и зерна в виде тех же клинкерных минералов, которые были в цементе, до его использования, т. е. как бы повторяется приготовление цемента с минеральными добавками. Различие состоит в том, что при обеспечении длительного и непрерывно протекающего процесса твердения в чисто клинкерном цементе будет систематически уменьшаться количество зерен, не вступивших в реакцию.. Это характеризуется улучшением всех свойств бетона (прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, ползучести и др.). Такой цементный камень был назван микробетоном Юнга.
Естественно желание уменьшить в цементном камне содержание зерен, не вступивших в реакцию, доведя микробетон до состояния искусственного камня, составленного только из одних новообразований. Анализ причин образования микробетона, т. е. неполного использования потенциальных возможностей цемента, показывает, что основными причинами этого являются наличие в цементе медленно твердеющего минерала C2S, особенность твердения минерала С3А и размер зерен цемента. При этом не надо забывать природу портландцемента, состоящего в основном из силикатов кальция (C3S и C2S), твердение которых в отличие от твердения алюминатов кальция (а также алюмоферритов) требует более продолжительных сроков. Это хорошо видно из сравнения сроков твердения высокопрочных быстротвердеющих портландцементов и глиноземистых цементов. Анализ цементного камня как микробетона позволяет: разработать приемы расчетного определения прочности цемента в различные сроки твердения; организовать твердение бетона с направленным использованием процесса контракции всего цемента для существенного изменения его долговечности (устранения дефектных мест, образующихся при заполнении контракционных полостей только водой, а не водой и воздухом); проектировать смешанные цементы с ограниченным сроком твердения благодаря изъятию крупных зерен и замены их порошком природных материалов, для чего помол таких цементов должен осуществляться с отбором фракций цемента в диапазоне заданных размеров; пересмотреть взгляд на распределение воды в структуре цементного камня и текстура бетона, что позволит существенно изменить технологию производства цемента, кривая распределения гранулометрического состава которого находилась бы в узких пределах, а абсолютные значения размера зерен подбирались бы для разных бетонов и т. д.
Проверка подтверждает известное различие контракции при твердении до 28 сут., что объясняется неодинаковой дисперсностью порошка. Показатели контракции при ее определении показывают ход развития процесса твердения. Данные о контракции цементов убедительно отмечают различие в минералогических составах цемента, если остальные условия испытания равнозначны (дисперсность, содержание гипса и др.). У лежалых цементов, поверхность зерен которых корродирована, контракция фиксируется резко снижающимися контракционными показателями, а также снижением прочности образцов. Любая блокировка поверхности зерен цемента будет хорошо регистрироваться по контракционным кривым, чем пользуются в научных исследованиях.
Однако использование в научных и практических целях конт-ракционных показателей цемента, не имеющих универсальности, надо сочетать с другими характеристиками. Отсутствие возможности использовать контракционные показатели для определения морозостойкости бетона можно объяснить нестабильностью физического состояния затвердевшего гидра-тированного трехкальциевого алюмината во влажных условиях, хотя последний имеет наибольший контракционный эффект, а также твердением цемента в цементный камень, из которого с течением времени вновь образующиеся контракционные поры не имеют воздушных амортизаторов при изготовлении бетона из широко применяемых составов по традиционным технологиям.