水泥加水拌和后称为可塑的水泥浆，由于水泥的水化作用，水泥浆逐渐变稠失去流动性和可塑性而未具强度的过程，称为水泥的“凝结”；随后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程称为水泥的“硬化”。水泥的凝结和硬化是人为划分的两个阶段，实际上是一个连续而复杂的物理化学变化过程。
1.水泥的水化作用
水泥遇水后发生下列水化反应：
（1）硅酸三钙：
（2）硅酸二钙：
（3）铝酸三钙：
C3 A 在纯水中反应可生成水化铝酸钙，但以上这些水化物都是不稳定的，不是最后的生成物，在有石膏存在的情况下，其水化反应式为
石膏消耗完毕后，水泥中尚未水化的C3 A 与式（4-4）中的钙矾石（AF）生成单硫型水化铝酸钙（AFm），其反应式为
单硫型水化铝酸钙
（4）铁铝酸四钙：
2.硅酸盐水泥的凝结和硬化阶段(www.xing528.com)
水泥浆体由可塑态性进而硬化产生强度的物理化学过程，可分为以下四个阶段：
（1）初始反应期：水泥与水接触后立即发生水反应。初期C3 S水化，释放出Ca（OH）2，立即溶解于溶液中，浓度达到过饱和后，Ca（OH）2 结晶析出。暴露在水泥颗粒表面的铝酸三钙也溶解于水，并与已溶解的石膏反应，生成钙矾石结晶析出，在此阶段的1%左右的水泥产生水化。
（2）诱导期：在初始反应期后，水泥微粒表面覆盖一层以C-S-H 凝胶为主的渗透膜，使水化反应缓慢进行。这期间生成的水化产物数量不多，水泥颗粒仍然分散，水泥浆体基本保持塑性。
（3）凝结期：由于渗透压的作用，包裹在水泥微粒表面的渗透膜破裂，水泥微粒进一步水化，除继续生成Ca（OH）2 及钙矾石外，还生成了大量的C-S-H 凝胶。水泥水化产物不断填充了水泥颗粒之间的空气，随着接触点的增多，结构趋向密实，使水泥浆体逐渐失去塑性。
（4）硬化期：水泥继续水化，除已生成的水化产物的数量继续增加外，C4 AF的水化物也开始形成，硅酸钙继续进行水化。水化生成物以凝胶与结晶状态进一步填充孔隙，水泥浆体逐渐产生强度，进入硬化阶段。只要温度、湿度适合且无外界腐蚀，水泥强度在几年、甚至几十年后还能继续增长。图4-4所示为硅酸盐水泥凝结硬化过程示意图。
3.影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素
水泥石硬化程度越大，凝胶体含量越多，未水化的水泥颗粒内核和毛细孔所占的比例就越少，则水泥石越密实，强度越高。影响水泥石硬化的因素主要有以下几个方面：
（1）矿物组成。不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3 A 水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2 S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。
图4-4 硅酸盐水泥凝结硬化过程示意
（a）分散在水中未水化的水泥颗粒；（b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层；（c）膜层长大并互相连接（凝结）；（d）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）1—水泥颗粒；2—水泥凝胶体；3—水化产物结晶体；4—毛细管孔隙
（2）水泥浆的水胶比。水泥浆的水胶比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水胶比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒之间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。水泥浆的水胶比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多造成水泥石的强度较低，因此。当水泥浆的水胶比过大时，会明显降低水泥石的强度。
（3）石膏掺量。石膏起缓凝作用的机理：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。
（4）水泥的细度。在矿物组成相同的条件下，水泥磨得越细，水泥颗粒平均粒径越小，比表面积越大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。
（5）环境温度和湿度。在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。
（6）龄期（时间）。水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长就可持续若干年。
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