一塊兒普通的混凝土板，可以在澆筑后的很短的時間內凝固，然后在養(yǎng)護的過程中，逐漸獲得足以承重數噸的強度，一旦成型，即使?jié)菜蛄苡暌惨廊豢梢员３謭杂玻换炷恋墓袒烤褂惺裁刺厥獾牡胤剑瑸槭裁丛谟鏊螅炷敛粫衽莘奖忝嬉粯樱俅巫冘洠?/span>

常見的混凝土，是一種水泥與水，還有砂子和石塊等所形成的混合物。它的凝固和硬化，以及其強度隨著時間的增長，與一般的物體由濕潤變?yōu)楦稍锏倪^程是完全不一樣的。

舉個例子，一塊兒方便面的面餅，實際上是一副被脫去了大部分的水分的 “面條骨架”。一旦重新遇水，干面餅上的細小的孔洞和縫隙就會再次被填滿，面條便可以恢復到最初的“血肉豐滿”的狀態(tài)；不過，澆筑的混凝土中的水分，絕大部分不會蒸發(fā)掉，而是會與水泥結合，形成水合物，自動補全水泥中的微粒之間空隙。也就是說，混凝土固化變硬的本質，實際上并不是一個風干或者脫水的過程，而是水泥與水所發(fā)生的“水合作用”（hydration）。

作為混凝土中的主要膠凝材料，最為常見和通用的水泥是 “波特蘭水泥”（portlandcement），一種含有煅燒過的石灰和黏土，并且混合了石膏的硅酸鹽材料。在拌合以前，干燥的水泥需要防水和防潮，因為當水泥遇水之后，其中的一些物質便會立即與水結合，使混凝土變硬。我們經常在路上見到向建筑工地運送混凝土的攪拌車，它們后部的滾筒始終都在轉動，這是為了防止里面的已經摻了水的混凝土中的水泥微粒相互粘合，以便在到達目的地之前，盡可能地拖延混凝土硬化的時間。

在水化反應當中，最為關鍵的產品是鈣的硅酸鹽（硅酸三鈣和硅酸二鈣）與水結合所形成的 “水化硅酸鈣”（calcium silicate hydrate，一般簡稱為：C-S-H）。這是一種直徑小于或等于 0.1 微米的細小晶體，也是一般的混凝土中最主要的水合產物；除此之外，水泥中的其它物質，比如鋁酸三鈣，也會先后與水和硫酸鹽作用，形成桿狀的鈣鋁硅酸鹽晶體。

混凝土也許可以在一天之內凝固，但是在它的內部，水泥的硬化過程可以持續(xù)很長的時間，不斷產生新的水合物，并提高混凝土的結構強度。然而，即使有足量的水和水泥，水合作用也總有停止的一刻，不可能永遠進行下去。這是因為，水合反應最初是發(fā)生在水泥微粒的外層的，水合物會逐漸地包裹住這些顆粒，最終，當外層的水合產物的密度大到無法使水分穿透，去與中心的水泥發(fā)生反應時，水合作用就無法再進行下去了。這一刻，在理論上，混凝土也就達到了它的極限強度，還有最低滲透性。正常情況下，一般的混凝土都會在拌合并硬化后的第 28 天左右達到大約 99% 以上的抗壓強度，而 “28天” 也普遍被視為混凝土抗壓強度的測量標準。

水泥與水的結合，是一種放熱的化學反應，因此水合作用的進程，可以用水泥放熱的效率與時間的關系來表示。可以發(fā)現(xiàn)，開始遇水之后，水泥在一段較短的時間內的放熱率很高，然而隨后卻有明顯的減少，這正是因為形成于水泥微粒外層的水合物阻止了更多的水分的滲透。在這一小段“休眠期”中，水合作用的速率很慢，使得人們可以有機會將拌合好的水泥運送至建筑工地，并在其硬化之前澆筑和塑形。

如果去參觀建筑工地，我們可能會看到建筑工人們在塑形混凝土的時候，使用連接著電機的震動裝置來使混凝土保持流動性。這么做減少了混凝土中的各種材料之間的摩擦力，不僅便于塑形，也是為了排除氣泡。當水化反應產生熱量的速率第二次抬升的時候，混凝土的固化過程才真正開始。

很多的外部因素可以影響到混凝土的凝固，尤其是溫度。在較為溫暖的環(huán)境下，水合作用的速率也較快，混凝土固化所用的時間會較短，隨后，強度逐漸增加的速度也會更快。比如，在 30℃ 與 20℃ 下相比，水化反應的速率相差近一倍。這也是冬季施工比其它季節(jié)更加困難的原因之一。如果環(huán)境溫度很低的話，除了防凍之外，還須要想辦法讓混凝土長時間保持它應有的外形，因為即使向混凝土中加入了可以提高水合反應的速率的添加劑，凝固的過程可能依然會十分漫長。

另外，在雨季中澆筑混凝土也有一定的風險。雖然純凈水對已經成型了的混凝土幾乎沒有危害，但是如果在固化之前，特別是塑形的時候下雨了的話，混凝土必須要加以掩蓋，否則至少成品的表面的質量會受到影響。這是因為，在固化期間，保持混凝土中的水與水泥的比例（水灰比）非常重要，它左右著日后的強度的發(fā)展。雨后，如果在沒有固化的混凝土的表面的積水完全蒸發(fā)掉的情況下繼續(xù)塑形的話，多余的水分就會被混合進去，讓水與水泥的比例變大，使凝固后的混凝土的最終強度降低。

有時候，還可以發(fā)現(xiàn)，沒有完全固化的混凝土的表面會 “滲” 出水來，這種現(xiàn)象叫作 “泌水”（bleeding），是由混凝土中的物質在沉降的過程中，無法參與水合作用的水分上浮到表面上所引起的。如果不等這些水蒸發(fā)，就繼續(xù)對混凝土進行塑形的話，危害與上面提到的將雨水混入混凝土的表面是基本相同的。減水劑一般可以減少拌合用的水量，雖然可能會加速離析，但是可以防止泌水過多。還有，如果水分蒸發(fā)的速率比泌水更快的話，那么成型后的混凝土就有可能會由于收縮而產生裂縫。

此外，在混凝土的施工中，還有一個十分重要的步驟，叫作 “養(yǎng)護”（curing）。從剛剛澆筑，直到完全凝固，混凝土都需要在一段時間之內保持濕潤，可以使用各種各樣的方式，比如噴霧和覆蓋保護膜來達到這個目的。這個過程是為了防止混凝土因表面的水分蒸發(fā)地過快，而導致的硬化后的開裂，并且優(yōu)化隨后的強度隨著時間的發(fā)展。

概括地說，混凝土的凝固，其實是一種叫作 “水合作用” 的化學反應。或者說，是一個水泥與水結合，將混凝土中的所有物質粘合在一起的過程。由于內部的水分并沒有離開，而是成為了混凝土自身的一部分，使其強度和不滲透性反而有所提高，因此成型的混凝土在淋雨之后，并不會像浸水的方便面那樣，變得潮濕和柔軟，而是會隨著時間的流逝，越來越堅硬。

正是由于水化反應的種種有趣的特性，才使得混凝土的應用如此得長久和廣泛。從古羅馬的萬神殿，到現(xiàn)代的三峽大壩，這種可以自由塑形，塑形后還可以迅速硬化，并獲得可觀的承重能力的奇妙的建筑材料，注定還有無窮的潛力值得開發(fā)。