水泥基材料早龄期的宏观物理力学性能取决于其微细观结构的成分及结构特征,从微细观角度探讨它们之间的定量关系是近年来国内外的研究热点之一,也是水泥基材料性能优化设计的基础。由于其微观结构演化过程需要通过水化过程来实现,因而需要探析水泥水化的微观机理,从而来分析水泥基材料早龄期的力学性能。　　 本文从微观角度建立了水泥水化过程的三维模型,并根据最小理论水灰比推导出了水化程度α与水化半径R之间的关系式。若给定水泥的密度、各成分含量,可以计算不同水灰比时水化程度α与水化半径R的关系。根据该三维微观模型,从动态角度分析了水化半径R与时间T的关系。提出了基于微观球模型的水化动力学方程。该动力学方程对水泥水化反应的基本过程进行了表征,观察各过程的相互关系,可对水泥基材料的水化机理进行解释。结果表明,在水化初期,化学反应速率对水化反应起主导作用；随着水化程度提高,水化反应转由扩散速率控制。　　 根据水泥水化过程中的组分变化,采用复合材料细观力学理论分别建立了水泥浆体、水泥砂浆和混凝土的细观力学模型,并分析了不同水灰比、骨料体积分数情况下水泥基材料的弹性力学性能随水化程度的演化关系。水泥基材料的弹性模量随水化程度的发展而增大,而泊松比则减小。结合水化程度α与时间T的关系,本文给出了可用于预测水泥基材料的弹性力学性质随龄期的演化关系。　　 基于Ulm和Coussy提出的多相水化动力学模型,在考虑水泥的化学组成、养护温度、水灰比、最终水化程度及水泥细度等因素情况下,从理论上建立了水化动力学方程,可用于预测水化速率随水化程度的变化。结果表明:水灰比会加速相边界反应,而对早期的结晶成核与晶体生长却没有明显影响；温度的升高能够加速水化进程,却不能改变最终水化程度。借助水化速率与水化程度的关系,提出了水泥基材料早龄期的化学收缩预测模型,可用于预测硅酸盐水泥早龄期化学收缩变化趋势。　　 运用了毛细管张力、表面自由能及弹性力学理论,分别从二维饱和孔隙水状态、不饱和孔隙水状态及三维饱和孔隙水状态建立了C-S-H凝胶体的干燥收缩模型,从微观力学角度来探讨水泥基材料的收缩机理。结果表明,在C-S-H内凝胶体的充水椭球毛细孔洞中,水越饱和孔洞越容易发生坍塌,而椭球形状越圆则越稳定。