一塊兒普通的混凝土板，可以在澆筑后的很短的時(shí)間內(nèi)凝固，然后在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，逐漸獲得足以承重?cái)?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(huì)像泡方便面一樣，再次變軟？

常見(jiàn)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(shí)間的增長(zhǎng)，與一般的物體由濕潤(rùn)變?yōu)楦稍锏倪^(guò)程是完全不一樣的。

舉個(gè)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(huì)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(guò)，澆筑的混凝土中的水分，絕大部分不會(huì)蒸發(fā)掉，而是會(huì)與水泥結(jié)合，形成水合物，自動(dòng)補(bǔ)全水泥中的微粒之間空隙。也就是說(shuō)，混凝土固化變硬的本質(zhì)，實(shí)際上并不是一個(gè)風(fēng)干或者脫水的過(guò)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(jiàn)和通用的水泥是 “波特蘭水泥”（portland cement），一種含有煅燒過(guò)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(huì)立即與水結(jié)合，使混凝土變硬。我們經(jīng)常在路上見(jiàn)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(dòng)，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(shí)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(jiǎn)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(huì)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(guò)程可以持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)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)?，水合反?yīng)最初是發(fā)生在水泥微粒的外層的，水合物會(huì)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(wú)法使水分穿透，去與中心的水泥發(fā)生反應(yīng)時(shí)，水合作用就無(wú)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(huì)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(cè)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(shí)間的關(guān)系來(lái)表示。可以發(fā)現(xiàn)，開(kāi)始遇水之后，水泥在一段較短的時(shí)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(huì)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(huì)看到建筑工人們?cè)谒苄位炷恋臅r(shí)候，使用連接著電機(jī)的震動(dòng)裝置來(lái)使混凝土保持流動(dòng)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(shí)候，混凝土的固化過(guò)程才真正開(kāi)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(shí)間會(huì)較短，隨后，強(qiáng)度逐漸增加的速度也會(huì)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(zhǎng)時(shí)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(guò)程可能依然會(huì)十分漫長(zhǎng)。

另外，在雨季中澆筑混凝土也有一定的風(fēng)險(xiǎn)。雖然純凈水對(duì)已經(jīng)成型了的混凝土幾乎沒(méi)有危害，但是如果在固化之前，特別是塑形的時(shí)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(huì)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(méi)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(huì)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(shí)候，還可以發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有完全固化的混凝土的表面會(huì) “滲” 出水來(lái)，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(guò)程中，無(wú)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(duì)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(huì)加速離析，但是可以防止泌水過(guò)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(huì)由于收縮而產(chǎn)生裂縫。

此外，在混凝土的施工中，還有一個(gè)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(shí)間之內(nèi)保持濕潤(rùn)，可以使用各種各樣的方式，比如噴霧和覆蓋保護(hù)膜來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。這個(gè)過(guò)程是為了防止混凝土因表面的水分蒸發(fā)地過(guò)快，而導(dǎo)致的硬化后的開(kāi)裂，并且優(yōu)化隨后的強(qiáng)度隨著時(shí)間的發(fā)展。

概括地說(shuō)，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(shuō)，是一個(gè)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(guò)程。由于內(nèi)部的水分并沒(méi)有離開(kāi)，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(huì)像浸水的方便面那樣，變得潮濕和柔軟，而是會(huì)隨著時(shí)間的流逝，越來(lái)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(zhǎng)久和廣泛。從古羅馬的萬(wàn)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(wú)窮的潛力值得開(kāi)發(fā)。