关于这个问题，成百上千的科学家已经研究了上百年，在细节上至今仍有争议。但其基本过程已经形成了共识。总的来说，水泥的水化，就像是一群刺猬，从光滑的肉球中长出了刺，然后依靠这些“刺”互相扎在一起。只不过，这些刺猬只有几微米大，它们的刺更是只有几个纳米。所以，从宏观上看，就是一块天衣无缝的坚硬岩石了。
在施工之前，我们将水泥与水，还有一些砂子石子拌在一起（通常是1份水、2-3份水泥）。砂子和石子基本不参加反应，硬化主要靠水泥与水。在水泥粉末刚刚与水接触时，表面会发生些许的溶解，颗粒中的钙离子溶解进水中，形成强碱性的溶液。在碱性溶液的刺激下，水泥颗粒表面那些比较活跃的硅氧键就会断裂，硅元素也进入溶液中，并与水结合。
短短几个小时过去，水中的钙、硅浓度都变得相当高。这时，它们就会结合形成无数个水化硅酸钙（C-S-H）小颗粒覆盖在水泥的表面，形成一个C-S-H薄壳。在接下来的几个小时里，水泥颗粒逐渐溶解、缩小，开始离这层薄壳越来越远；而构成这层薄壳的无数小颗粒就像无数颗种子，细长的C-S-H纤维以此为起点，不仅向外生长，也向内生长。向内生长的纤维将水泥颗粒与薄壳紧密相连，向外生长的纤维则将不同的水泥颗粒联结在一起。
随着时间的进展，水泥与水逐渐消耗了，而这些纤维之间的联结越来越紧密，最后形成了一个坚实的整体，即使在电子显微镜下也分不清彼此了。这时的产物被称为“水泥石”。在我们看到的尺度上，就是水泥“冻硬了”。而随着水的消耗，水泥浆黑色的外表也逐渐褪去，变成了灰白色。再经过必要的养护，这块混凝土就算是可以用啦。
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