水泥基材料是一类重要的工程结构材料,其力学性能主要依赖于水泥的水化过程。水泥的水化和微结构演化是一个复杂的过程。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,本文从动态角度分析了水化半径R与时间T的关系。在水泥水化过程中,主要由化学反应速率或扩散速率控制其水化程度,利用这两个主要过程的特征参数演化关系,本文给出了水化程度α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。水泥基材料作为一种典型的复合材料,其宏观力学性能很大程度上依赖于它的微观结构,并能通过均匀化理论计算。本文通过多层次的细观力学方法计算水泥浆体、水泥砂浆、混凝土在不同水化程度下的弹性模量。水泥基材料的弹性模量随水化程度的发展而增加。结合水化程度α与时间T的关系,本文预测了混凝土的弹性模量随时间的发展变化。