При смешивании портландцемента с водой, составляющие его минералы гидратируют с образованием новым кристаллических соединений, обуславливающих схватывание и твердение цементного теста. Процесс твердения цемента характеризуется тем, что изготовленное из вяжущего вещества цементное тесто постепенно теряет подвижность, переходя из полужидкого состояния в более плотное.
В процессе твердения портландцемента различают три этапа:
- растворение, когда растворимые продукты реакции переходят в раствор. Так происходит до полного насыщения жидкой фазы продуктами реакции;
- схватывание или коллоидация, во время которого твердые продукты реакции не могут растворяться в насыщенной уже жидкой фазе и поэтому образуют коллоидную систему в форме геля или студня. При этом цементное тесто утрачивает свою подвижность и текучесть, т. е. схватывается;
- кристаллизация, которая характеризуется тем, что образовавшиеся гели преобразовываются в укрупненные, менее растворимые кристаллы, дающие так называемый кристаллический сросток. Тесным переплетением подобных кристаллов и объясняются высокие механические свойства затвердевшего цемента.
Ускорение твердения достигается выбором надлежащего минералогического состава портландцемента, тепловлажностной обработкой, использованием специальных добавок, увеличением тонкости помола, а также применением - электропрогрева. Важнейший регулятор скорости схватывания портландцементов — двуводный гипс. Замедлителями схватывания могут служить нитраты калия, натрия, аммония, увеличивающие растворимость свободной извести в воде.