水泥硬化的过程是一个复杂的物理化学反应过程。水泥与适量的水调和后,通过其中的硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等成分与水发生水化反应,生成水化产物如硅酸钙凝胶和氢氧化钙等,这些产物逐渐填充水泥颗粒间的空隙,并形成网状结构,使水泥浆体逐渐失去可塑性,强度逐渐增加,最终变成具有相当强度的石状固体。如果原先掺有集合料如砂、石子等,水泥就会把它们胶结在一起,形成坚固的整体,即混凝土。
具体来说,水泥熟料中的四种主要矿物质(硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF)与水发生水化反应,是水泥硬化的关键。这些矿物质相互交错,形成一定的晶体结构和胶体结构,从而使水泥具有较高的强度和硬度。
从物理、化学观点来看,水泥的凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程。凝结是硬化的基础,硬化是凝结的继续。在施工中,为了保证施工质量,通常会在水泥浆体失去其可塑性以前结束施工,因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性,人为地将这个过程划分为凝结和硬化两个阶段。