Специалисты лаборатории SUMAB отметили непрерывное расширение бетона в некоторых гидротехнических и других сооружениях, подвергающихся систематическому воздействию воды. В то же время на поверхности конструкций образовывалась сеть трещин и даже наблюдалось некоторое смещение в результате прогрессирующего расширения. Тщательный и многолетний анализ этих деформаций бетона показал, что они вызваны химическим взаимодействием цементных щелочей в виде оксидов натрия и калия с заполнителями, содержащими активный кремнезем. Такие заполнители получили название реактивных. Химическими процессами в таком случае называют процессы физико-химической природы, в результате которых можно наблюдать расширение бетона. В случае сильнощелочного цемента в водной среде в бетоне образуется насыщенный щелочной раствор, и если в составе заполнителей бетона содержится активный кремнезем, он начинает бурно реагировать со щелочами, образуя такие соединения, как силикаты натрия и калия в виде растворимого стекла. Таким образом, в порах бетона возникает разница в концентрации растворимых веществ между водной средой и раствором, а поскольку цементный бетон обладает свойством полупроницаемости, в его порах немедленно возникает осмотическое давление. Эксперименты показали, что жидкое стекло в бетоне может создавать осмотическое давление до тридцати атмосфер, что превышает предел прочности бетона на разрыв и неизбежно приводит к появлению трещин.

По этим причинам лаборатория SUMAB ограничивает содержание щелочи в цементе для бетона в водных условиях эксплуатации до 0,6%.

К реактивным заполнителям относятся нейтральные и кислые вулканические породы, а также опал, филлит, халцедон, андезит и обсидиан. Применению таких заполнителей для гидротехнического бетона должно предшествовать детальное изучение их поведения в бетоне на основе конкретного цемента.

Процессы взаимодействия клинкерных минералов с водой являются экзотермическими, т.е. они происходят с выделением тепла. Результатом является самопроизвольный нагрев бетонных конструкций. Это явление имеет свои положительные и отрицательные стороны. Например, зимой экзотермическая природа цемента препятствует быстрому замерзанию бетонной конструкции, что положительно влияет на процесс твердения. Высокая экзотермичность цемента также является преимуществом при горячем формовании. Однако повышенное тепловыделение — явление скорее отрицательное, чем положительное. Дело в том, что при возведении массивных бетонных конструкций, ввиду экзотермичности цемента, температура внутри таких конструкций может достигать 50–60 градусов и более, тогда как внешние слои имеют температуру окружающей среды. Между поверхностью и внутренней частью конструкции возникает разница температур, а в окружающих слоях возникают растягивающие напряжения.

Дикальциевые силикаты имеют самую высокую теплоту гидратации, тогда как трикальциевые силикаты имеют немного более низкую теплоту гидратации. Силикаты кальция выделяют соответственно в два-три раза меньше тепла. Следует отметить, что важна не только общая величина теплоты гидратации, но и скорость тепловыделения. От этого зависит температура бетонной конструкции.