1. 硅酸盐水泥熟料矿物的水化

硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。分述如下：
1）硅酸三钙水化
硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。
3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

图3.4.2-1 CSH及CH形貌

（1）水化硅酸钙(C-S-H凝胶)

C-S-H的化学组成是不固定的，其Ca/Si比随液相中Ca(OH)2浓度的提高而增加。当溶液中氧化钙浓度约为2～20　mol/L时，生成Ca/Si比为0.8～1.5的水化硅酸钙[称C-S-H(Ⅰ)]；当液相中氧化钙浓度饱和时，则生成Ca/Si比提高到1.5～2.0的C-S-H(Ⅱ)。在常温下，水固比增加，能使C-S-H的Ca/Si比下降。同时，H/Si比也相应减少，而且比Ca/Si值都低0.5左右。因此，在正常水化的条件下，C-S-H的组成或可粗略地用CxSHx-0.5表示。多数研究者还认为C-S-H的组成随着水化进程而改变，其Ca/Si比随龄期的增长而下降，例如从水化1 d的1.9，到2、3年后可减少至1.4～1.6左右。
C-S-H呈无定形的胶体状，粒子如以球形计，直径可能小于10 μm。其结晶程度极差，而且即使经过很长时间，结晶度仍然提高不多。
水泥浆体中的C-S-H凝胶会呈现各种不同的形貌：
A. 纤维状粒子，称为Ⅰ型C-S-H，为水化初期从水泥颗粒向外辐射生长的细长条物质，长约0.5～2 μm，宽一般小于0.2 μm，通常在尖端上有分叉现象。
B. 网络状粒子，称为Ⅱ型C-S-H，呈互相联锁的网状结构，其组成单元也是一种长条形粒子，截面积与Ⅰ型相同，但每隔半μm左右就叉开，而且叉开角度相当大。由于粒子间叉枝的交结，并在交结点相互生长，从而形成连续的三维空间网。
C. 等大粒子，称Ⅲ型C-S-H，为小而不规则、三向尺寸近乎相等的球状颗粒，也有扁平碟状，一般不大于0.3 μm。通常在水泥水化到一定程度后才明显出现，在硬化浆体中常占相当数量。
D. 内部产物，称Ⅳ型C-S-H，即处于水泥粒子原始周界以内的C-S-H，外观似斑驳状。通常认为是通过局部化学反应的产物，比较致密，具有规整的孔隙。其曲型的颗粒或孔的尺寸不超过0.1 μm左右。
C-S-H除具有上述的四种基本形态外，还可能在不同场合观察到呈薄片状、麦管状、珊瑚状以及花朵状等各种形貌。

（2）氢氧化钙（CH）

氢氧化钙具有固定的化学组成，纯度较高，仅可能含有极少量的Si、Fe和S。结晶良好，属三方晶系，具层状结构，由彼此联结的Ca(OH)2八面体组成。结构层内为离子键，结合较强；而结构层之间则为分子键，层间联系较弱，可能为硬化水泥浆体受力时的一个裂缝策源地。
当水化过程到达加速期后，较多的Ca(OH)2晶体即在充水空间中成核结晶析出。其特点是只在现有的空间中生长，如果遇到阻挡，则会朝另外方向转向长大，甚至会绕过水化中的水泥颗粒而将其完全包裹起来，从而使其实际所占的体积有所增加。在水化初期，Ca(OH)2常呈薄的六方板状，宽约几十微米，用普通光学显微镜即可清晰分辨；在浆体孔隙内生长的Ca(OH)2晶体，有时长得很大，甚至肉眼可见。随后，长大变厚成叠片状。
此外，在水泥浆体中还有部分Ca(OH)2会以无定形或隐晶质的状态存在。在水灰比过低的条件下，Ca(OH)2的结晶程度相应有所降低。

2）硅酸二钙的水化
β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。
2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2
所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少，结晶却粗大些。

3）铝酸三钙的水化
铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石（C3AH6）。
在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。

4）铁相固溶体的水化
　　水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。

2. 硅酸盐水泥的凝结硬化

硅酸盐水泥水化初期，水化产物的数量较少，水泥浆还具有良好的可塑性。随后水化产物的数量不断增加，自由水分不断减少，水化产物颗粒间逐渐接近，部分颗粒黏结在一起形成了一定的网状结构，水泥浆体失去可塑性，产生凝结。石膏对硅酸盐水泥水化起缓凝剂作用。 

随着水化的进一步进行，水化产物不断生成并填充水泥颗粒的空隙。更多的水化产物颗粒间产生黏结作用使所形成的网状结构更加密实，此时水泥浆体逐步产生强度进入硬化阶段。

凝结硬化的影响因素有：水泥的熟料矿物组成及细度，水泥浆的水灰比，环境温度和湿度和龄期，以及石膏的掺量。

1）水泥的熟料矿物组成及细度

水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。
水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。

2）水泥浆的水灰比
水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢,且空隙多，降低水泥石的强度。

3）石膏的掺量
硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。但是石膏掺量过多时，可能危害水泥石的安定性。

4）环境温度和湿度
水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就较快。当环境温度低于0℃时水泥水化趋于停止，就难以凝结硬化。
水泥水化是水泥与水之间的反应，必须在水泥颗粒表面保持有足够的水分，水泥的水化、凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护。

5）龄期
水泥浆随着时间的延长水化物增多，内部结构就逐渐致密，一般来说，强度不断增长。