關于這個問題，成百上千的科學家已經研究了上百年，在細節上至今仍有爭議。但其基本過程已經形成了共識。總的來說，水泥的水化，就像是一群刺猬，從光滑的肉球中長出了刺，然后依靠這些“刺”互相扎在一起。只不過，這些刺猬只有幾微米大，它們的刺更是只有幾個納米。所以，從宏觀上看，就是一塊天衣無縫的堅硬巖石了。
在施工之前，我們將水泥與水，還有一些砂子石子拌在一起（通常是1份水、2-3份水泥）。砂子和石子基本不參加反應，硬化主要靠水泥與水。在水泥粉末剛剛與水接觸時，表面會發生些許的溶解，顆粒中的鈣離子溶解進水中，形成強堿性的溶液。在堿性溶液的刺激下，水泥顆粒表面那些比較活躍的硅氧鍵就會斷裂，硅元素也進入溶液中，并與水結合。
短短幾個小時過去，水中的鈣、硅濃度都變得相當高。這時，它們就會結合形成無數個水化硅酸鈣（C-S-H）小顆粒覆蓋在水泥的表面，形成一個C-S-H薄殼。在接下來的幾個小時里，水泥顆粒逐漸溶解、縮小，開始離這層薄殼越來越遠；而構成這層薄殼的無數小顆粒就像無數顆種子，細長的C-S-H纖維以此為起點，不僅向外生長，也向內生長。向內生長的纖維將水泥顆粒與薄殼緊密相連，向外生長的纖維則將不同的水泥顆粒聯結在一起。
隨著時間的進展，水泥與水逐漸消耗了，而這些纖維之間的聯結越來越緊密，最后形成了一個堅實的整體，即使在電子顯微鏡下也分不清彼此了。這時的產物被稱為“水泥石”。在我們看到的尺度上，就是水泥“凍硬了”。而隨著水的消耗，水泥漿黑色的外表也逐漸褪去，變成了灰白色。再經過必要的養護，這塊混凝土就算是可以用啦。
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