本书围绕水泥浆体典型的多尺度、多物相特点，聚焦核心元素——水化产物和孔隙结构，系统开展各级结构特征与性能研究，深入挖掘水泥浆体从分子尺度到宏观性能的传递本质。本书在介绍传统测试技术和现有模型的基础上，整理了目前水泥基材料纳微观尺度结构表征与模拟的热点和前沿问题，并结合分子动力学模拟方法、纳微观尺度先进表征手段和数据驱动的智能分析方法，构建了一套完整的水泥浆体多级结构与表征体系。

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于2019年获得国家杰出青年科学基金资助，2018年入选国家"万人计划"科技创新领军人才。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 C-S-H化学组成和分子结构 3
1.2.1 C-S-H结构表征 3
1.2.2 托贝莫来石和六水硅钙石分子模型 5
1.3 C-S-H凝胶纳介观结构模型 7
1.3.1 Powers-Brownyard模型 7
1.3.2 Feldman-Sereda模型 8
1.3.3 Munich模型 8
1.3.4 胶粒模型I 9
1.3.5 胶粒模型II 10
1.4 C-S-H凝胶力学性能 11
1.4.1 力学性能实验研究 11
1.4.2 力学性能计算模拟 12
1.5 C-S-H凝胶耐久性能 12
1.5.1 钙溶蚀 12
1.5.2 硫酸盐侵蚀 13
1.5.3 氯离子侵蚀 14
1.5.4 碳化 14
1.6 分形理论在水泥基材料中的研究现状 15
1.6.1 分形理论概述 15
1.6.2 分形理论评价水泥基材料的研究现状 16
1.6.3 多重分形理论的发展 17
1.7 混凝土水化微结构特性 18
1.7.1 水化微结构数值模拟 18
1.7.2 微结构力学性能 20
参考文献 20
第2章 水泥体系C-S-H成核生长机制和空间构型特征.31
2.1 引言 31
2.2 实验与模拟方法 32
2.2.1 样品制备 32
2.2.2 形貌观察 32
2.2.3 离子浓度 33
2.2.4 基于托贝莫来石晶体的表面能计算 33
2.2.5 ClayFF力场 33
2.3 C-S-H 凝胶的生成路径 35
2.3.1 水化热合成中C-S-H的生成路径 35
2.3.2 水泥水化和水化热合成的体系对比 36
2.3.3 热力学和动力学所主导的多种生成路径 39
2.4 基于距水泥颗粒距离的C-S-H生成机制与空间构型 43
2.4.1 基于距水泥颗粒距离的生成机制转变 43
2.4.2 生成机制所主导的多类C-S-H空间构型 45
2.5 基于C-S-H生成机制和空间构型的启示 47
2.5.1 C-S-H分子层间强度决定水泥拉伸性能阈值 47
2.5.2 薄箔状C-S-H吸附水泥颗粒所引发的水化诱导期 49
2.6 本章小结 50
参考文献 51
第3章 C-S-H凝胶的纳微观结构影响因素及表征技术 54
3.1 引言 54
3.2 C-S-H凝胶表征实验方法 55
3.2.1 C-S-H凝胶 56
3.2.2 从二维观察到三维观察 58
3.2.3 从干燥样品到原位样品 59
3.2.4 样品制备和测试条件控制的发展 60
3.3 C-S-H 凝胶纳微观结构直接观测 61
3.3.1 球粒状C-S-H 61
3.3.2 褶皱状C-S-H 62
3.3.3 针棒状C-S-H 65
3.3.4 微观尺度的形态组合 67
3.4 C-S-H凝胶结构的影响因素 69
3.4.1 异种元素的掺入 69
3.4.2 环境相对湿度 71
3.4.3 环境温度 72
3.4.4 结构老化 74
3.4.5 化学外加剂 75
3.5 本章小结 78
参考文献 79
第4章 C-S-H凝胶团微结构与胶凝力演变 91
4.1 引言 91
4.2 实验与模拟方法 91
4.2.1 样品制备与处理 91
4.2.2 实验表征 92
4.2.3 C-S-H晶粒间相互作用的微观力学计算 92
4.2.4 C-S-H凝胶团的粗粒化计算 93
4.3 堆积结构演变特征 95
4.3.1 堆积结构劣化 95
4.3.2 晶粒迁移与微结构重组 96
4.4 水泥基体系中 C-S-H 晶粒间相互作用 97
4.4.1 晶粒间相互作用演变 97
4.4.2 晶粒间相互作用表征方法 98
4.4.3 晶粒间相互作用对微结构的影响 99
4.5 C-S-H胶凝力的量化 101
4.5.1 C-S-H堆积体系拉伸性能 101
4.5.2 C-S-H胶凝力衰退 102
4.5.3 承载模式 104
4.6 C-S-H胶凝力的物理意义和影响因素讨论 105
4.6.1 物理意义 105
4.6.2 关键影响因素：堆积密度和晶粒间相互作用 106
4.7 本章小结 106
参考文献 107
第5章 水泥浆体微结构 110
5.1 引言 110
5.2 微结构表征方法介绍111
5.2.1 MIP实验 111
5.2.2 三维X射线衍射仪法 111
5.2.3 背散射电子成像 112
5.3 MIP实验下水泥浆体孔结构分形类型 112
5.3.1 水泥浆体孔结构特征 113
5.3.2 基于MIP实验的水泥浆体孔结构分形类型 116
5.3.3 水泥基材料的孔结构建模 127
5.4 基于X-CT的多重分形理论及水泥净浆非均质性研究 129
5.4.1 分形理论 130
5.4.2 多重分形理论 130
5.4.3 X-CT图像重构的水泥净浆结构的非均质性 133
5.5 基于BSE的水泥净浆高分辨率可视化分析 139
5.5.1 样品制备与处理 139
5.5.2 微结构可视化 140
5.5.3 孔结构物理特征分析 141
5.5.4 孔结构空间分布研究 143
5.6 本章小结 145
参考文献 146
第6章 水泥浆体微结构与性能数值模拟 148
6.1 引言.148
6.2 微结构重构 148
6.2.1 初始微结构 148
6.2.2 分相后微结构 150
6.2.3 水化微结构 152
6.3 水化模拟结果验证 155
6.3.1 水泥矿物相含量验证 156
6.3.2 氢氧化钙含量验证 158
6.3.3 粉煤灰、硅灰水化程度验证 160
6.3.4 孔隙率验证 165
6.4 水泥浆体力学性能数值模拟 167
6.4.1 拉伸力学性能实体单元数值模拟 167
6.4.2 压缩力学性能实体单元数值模拟 169
6.5 本章小结 170
参考文献 171
第7章 基于深度学习的水泥净浆微结构表征 (上) 174
7.1 引言 174
7.2 深度学习与人工神经网络 175
7.2.1 神经网络基础构造 175
7.2.2 反向传播与梯度下降 177
7.2.3 卷积神经网络 180
7.3 基于深度学习的水泥浆体代表性体积单元计算 182
7.3.1 方法概述与假设 182
7.3.2 数据获取和预处理 183
7.3.3 代表性体积单元结果比较 184
7.4 基于深度学习可视化的水泥浆体关键特征识别 186
7.4.1 遮挡敏感度法分析 186
7.4.2 基于敏感度法的关键特征分析 187
7.5 本章小结 188
参考文献 189
第8章 基于深度学习的水泥净浆微结构表征 (下) 192
8.1 引言 192
8.2 深度学习应用假设与方法 192
8.2.1 方法概述与假设 192
8.2.2 数据获取和预处理 193
8.2.3 深度学习框架设计与模型结构 194
8.2.4 模型预测准确性评判标准 196
8.3 基于深度学习的水泥浆体空间相关性分析 196
8.3.1 空间相关性的范围及强度 196
8.3.2 空间相关性的分形性 198
8.4 空间相关性分布特征199
8.4.1 空间相关性的分布初步识别 199
8.4.2 与孔隙特征关联机制 200
8.4.3 与物相分布关联机制 202
8.4.4 不同空间相关性下的孔相特征 203
8.5 表征与重构潜在应用的见解 205
8.5.1 空间相关性方程 205
8.5.2 水泥微结构空间相关性可视化 206
8.5.3 水泥微结构图像重构 207
8.6 本章小结 208
参考文献 208