一塊兒普通的混凝土板，可以在澆筑后的很短的時間內(nèi)凝固，然后在養(yǎng)護(hù)的過程中，逐漸獲得足以承重數(shù)噸的強(qiáng)度，一旦成型，即使?jié)菜蛄苡暌惨廊豢梢员３謭?jiān)硬；混凝土的固化究竟有什么特殊的地方，為什么在遇水之后，混凝土不會像泡方便面一樣，再次變軟？

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(qiáng)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(shí)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(xì)小的孔洞和縫隙就會再次被填滿，面條便可以恢復(fù)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(jié)合，形成水合物，自動補(bǔ)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(zhì)，實(shí)際上并不是一個風(fēng)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”（portland cement），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?yàn)楫?dāng)水泥遇水之后，其中的一些物質(zhì)便會立即與水結(jié)合，使混凝土變硬。我們經(jīng)常在路上見到向建筑工地運(yùn)送混凝土的攪拌車，它們后部的滾筒始終都在轉(zhuǎn)動，這是為了防止里面的已經(jīng)摻了水的混凝土中的水泥微粒相互粘合，以便在到達(dá)目的地之前，盡可能地拖延混凝土硬化的時間。

在水化反應(yīng)當(dāng)中，最為關(guān)鍵的產(chǎn)品是鈣的硅酸鹽（硅酸三鈣和硅酸二鈣）與水結(jié)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(xì)小晶體，也是一般的混凝土中最主要的水合產(chǎn)物；除此之外，水泥中的其它物質(zhì)，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(nèi)凝固，但是在它的內(nèi)部，水泥的硬化過程可以持續(xù)很長的時間，不斷產(chǎn)生新的水合物，并提高混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yuǎn)進(jìn)行下去。這是因?yàn)椋戏磻?yīng)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(dāng)外層的水合產(chǎn)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(yīng)時，水合作用就無法再進(jìn)行下去了。這一刻，在理論上，混凝土也就達(dá)到了它的極限強(qiáng)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(dá)到大約 99% 以上的抗壓強(qiáng)度，而 “28天” 也普遍被視為混凝土抗壓強(qiáng)度的測量標(biāo)準(zhǔn)。

水泥與水的結(jié)合，是一種放熱的化學(xué)反應(yīng)，因此水合作用的進(jìn)程，可以用水泥放熱的效率與時間的關(guān)系來表示?？梢园l(fā)現(xiàn)，開始遇水之后，水泥在一段較短的時間內(nèi)的放熱率很高，然而隨后卻有明顯的減少，這正是因?yàn)樾纬捎谒辔⒘Ｍ鈱拥乃衔镒柚沽烁嗟乃值臐B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(jī)會將拌合好的水泥運(yùn)送至建筑工地，并在其硬化之前澆筑和塑形。

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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(jī)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(dāng)水化反應(yīng)產(chǎn)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(qiáng)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(yīng)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(yīng)有的外形，因?yàn)榧词瓜蚧炷林屑尤肓丝梢蕴岣咚戏磻?yīng)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(fēng)險。雖然純凈水對已經(jīng)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(zhì)量會受到影響。這是因?yàn)?，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(qiáng)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(jìn)去，讓水與水泥的比例變大，使凝固后的混凝土的最終強(qiáng)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(zhì)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(jìn)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(chǎn)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(hù)”（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(nèi)保持濕潤，可以使用各種各樣的方式，比如噴霧和覆蓋保護(hù)膜來達(dá)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(dǎo)致的硬化后的開裂，并且優(yōu)化隨后的強(qiáng)度隨著時間的發(fā)展。

概括地說，混凝土的凝固，其實(shí)是一種叫作 “水合作用” 的化學(xué)反應(yīng)。或者說，是一個水泥與水結(jié)合，將混凝土中的所有物質(zhì)粘合在一起的過程。由于內(nèi)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(qiáng)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(jiān)硬。

正是由于水化反應(yīng)的種種有趣的特性，才使得混凝土的應(yīng)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)。