Las proporciones varian en funcion de los materiales usados (especialemente del cemento) y sobre todo depende del uso que se le vaya a dar.
En teoria, el cemento tiene que ser suficiente para cubrir todos los espacios que existan entre el arido (arena en este caso) y tiene que haber cantidad suficiente de agua para hidratar el cemento por completo. Esta es la teoria que rige especialmente cuando lo que se trata de conseguir es resistencia, siendo el arido el elemento que mas resistencia aporta y el cemento+agua simplemente liga la mezcla.
Si cambias las proporciones obtendras diferentes resultados, en funcion de lo que varies.
Resultados interesantes? Hay diferentes resultados con resistencia, compacidades, porosidades, etc. variables.
Para obtener la mayor resistencia posible como ya he dicho lo importante es tener un buen arido, resistente y lo mas grande posible. Conseguir que este arido quede perfectamente ligado tambien es muy importante, obviamente.
Para obtener mayor dureza (superficial entiendo) necesitas buen arido y cemento con buena resistencia ya que en la superficie encontraras ambos materiales.
Yo creo que si buscas en internet vas a encontrar un monton de informacion. Hay un factor muy muy muy importante a la hora de elaborar un mortero o un hormigon y es su empleo. La fluidez/consistencia de las pastas de cemento y los morteros es de especial importancia para su apliacion siendo a veces mas importante que la resistencia o la porosidad (debido a que la tecnologia del cemento en las ultimas decadas ha mejorado bastante).