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水泥凝固是一个复杂的物理化学变化过程，具体变化如下：水泥与水调和后，形成可塑性的浆体，随着时间的推移，逐渐失去可塑性，变成不能流动的紧密状态，强度逐渐增加，最终变成具有相当强度的石状固体。如果掺有集合料如砂、石子等，水泥会把它们胶结在一起，形成坚固的整体，即混凝土。
从物理化学观点来看，水泥的凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的过程。凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。但为了保证施工质量，人为地将这个过程划分为凝结和硬化两个阶段。凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低强度的过程；硬化则是指浆体强度逐渐提高，能抵抗外来作用力的过程。
具体来说，水泥加水后，水泥颗粒表面开始与水发生化学反应，生成水化物并溶解在水中，形成水泥浆体。随后，水泥浆体中的水化物逐渐增多，相互连接形成网络结构，使浆体逐渐失去流动性和可塑性，开始凝结。水泥浆体中的水化物继续增多和长大，网络结构更加致密，强度不断提高，最终形成具有一定强度的水泥石。